Fluidos de Perforación Nueva Guía

7/21/2019 Fluidos de Perforacin Nueva Gua

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES

GUIA DE FLUIDOS DE PERFORACION Y LABORATORIO

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GUA DEFLUIDOS DE PERFORACIN

Y LABORATORIO

El Objetivo de la siguiente gua es el de brindar al estudiante de fluidos de perforacin, unresumen terico para el mejor entendimiento de los objetivos y procedimientos de laboratorio

Esta gua fue elaborada para los alumnos de la carrera de ingeniera petrolera UMSA.


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CONTENIDO

INTRODUCCION A LOS FLUIDOS DE PERFORACION1. DEFINICIN DE LODOS............................................................................................................................. 9

2. FUNCION DE LODOS.................................................................................................................................. 9

2.1. FUNCIONES ESPECFICAS O BASICAS................................................................................................ 92.2. FUNCIONES DERIVADAS.................................................................................................................... 10

3. CLASIFICACION DE LOS FLUIDOS ........................................................................................................ 12

PREPARACION DEL LODO

1. OBJETIVO.................................................................................................................................................. 13

2. FUNDAMENTO TEORICO........................................................................................................................ 13

2.1. BALANCE DE MATERIA...................................................................................................................... 13

3. INCREMENTO DE LA DENSIDAD........................................................................................................... 15

4. REDUCCION DE LA DENSIDAD.............................................................................................................. 17

5. MEZCLA DE LODOS ................................................................................................................................ 19

BALANZA PARA LODOS

1. OBJETIVO GENERAL................................................................................................................................ 21


2.1. DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO DENSIDAD.................................................................................... 21

2.2. GRAVEDAD ESPECIFICA (GE)............................................................................................................ 21

3. EQUIPO...................................................................................................................................................... 23

4. CALIBRACION:......................................................................................................................................... 23

5. PROCEDIMIENTO:.................................................................................................................................... 23

5.1. RESULTADOS:....................................................................................................................................... 24

6. CALCULOS................................................................................................................................................ 24

7. CUESTIONARIO ........................................................................................................................................ 24

DETERMINACIN DE LA VISCOSIDAD

1. OBJETIVO.................................................................................................................................................. 25

2. FUNDAMENTO TERICO........................................................................................................................ 252.1. VISCOSIDAD......................................................................................................................................... 25

2.1.1. VISCOSIDAD DINMICA ()........................................................................................................... 25

2.1.2. VISCOSIDAD CINEMTICA ( )...................................................................................................... 26

2.1.3. CONVERSIN DE LA VISCOSIDAD MARSH EN VISCOSIDAD ABSOLUTA.............................. 26

2.1.3.1. S SE TRATASE DE UN FLUIDO NEWTONIANO....................................................................... 26


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2.1.3.2. SI SE TRATASE DE UN FLUIDO NO NEWTONIANO..................................................................... 27

2.2. TIPOS DE FLUJOS................................................................................................................................. 28

2.2.1. FLUJO TAPON................................................................................................................................... 28

2.2.2. FLUJO LAMINAR.............................................................................................................................. 28

2.2.3. FLUJO TURBULENTO....................................................................................................................... 283. CARACTERISTICAS DEL EMBUDO MARSH.......................................................................................... 28

4. EQUIPO:..................................................................................................................................................... 29

5. PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIN..................................................................................................... 30

6. PROCEDIMIENTO:.................................................................................................................................... 30

7. CALCULOS................................................................................................................................................ 30

8. CUESTIONARIO ........................................................................................................................................ 30

PROPIEDADES REOLGICAS VISCOSMETRO ROTATORIO

1. OBJETIVO.................................................................................................................................................. 322. FUNDAMENTO TERICO........................................................................................................................ 32

2.1. REOLOGA............................................................................................................................................. 32

2.1.1. FLUIDOS NEWTONIANOS............................................................................................................... 32

2.1.2. FLUIDOS NO-NEWTONIANOS........................................................................................................ 33

2.1.2.1. CLASIFICACION DE LOS FLUIDOS NO-NEWTONIANOS............................................................. 33

A) FLUIDOS PSEUDO-PLASTICOS............................................................................................................... 33

B) FLUIDOS PLASTICOS DE BHIMGAN...................................................................................................... 33

C) FLUIDOS DILATANTES............................................................................................................................ 33FLUIDOS TIXOTRPICOS................................................................................................................................ 34

2.1.3. MODELOS REOLGICOS................................................................................................................. 34

2.1.3.1. MODELO DE FLUJO PLSTICO DE BINGHAM.............................................................................. 34

2.1.3.2. MODELO DE LEY EXPONENCIAL.................................................................................................. 35

2.1.4. VISCOSIDAD PLSTICA (VP).......................................................................................................... 35

2.1.5. PUNTO CEDENTE (PC YP)............................................................................................................ 36

2.1.6. VISCOSIDAD APARENTE (VAP)..................................................................................................... 36

2.2. NDICES DE CONSISTENCIA Y DE COMPORTAMIENTO DE FLUJO............................................. 38

2.2.1. NDICE DE COMPORTAMIENTO DE F1UJO (N)............................................................................ 38

2.2.2. NDICE DE CONSISTENCIA (K)...................................................................................................... 39

2.3. TIXOTROPA ......................................................................................................................................... 40

3. VISCOSMETRO ELECTRNICO DE SEIS VELOCIDADES................................................................... 40

4. SHEAROMETRO........................................................................................................................................ 42


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5. PROCEDIMIENTO..................................................................................................................................... 42

5.1. PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACIN DEL ESFUERZO DE GEL..................................... 43

3.1. PROCEDIMIENTO PARA MEDIR EL ESFUERZO GEL CON EL SHEAROMETRO........................... 44

4. CALCULOS................................................................................................................................................ 44

5. CUESTIONARIO ........................................................................................................................................ 44FILTRO PRENSA API BAJA TEMPERATURA/BAJA PRESIN

1. OBJETIVO.................................................................................................................................................. 45

2. MARCO TERICO..................................................................................................................................... 45

A. REVOQUE.................................................................................................................................................. 45

I. PROBLEMAS POTENCIALES RELACIONADOS CON EL ESPESOR EXCESIVO DEL REVOQUE:..... 45

B. FILTRADO.................................................................................................................................................. 46

I. PROBLEMAS POTENCIALES RELACIONADOS CON LA INVASIN EXCESIVA DE FILTRADO:.... 46

C. FACTORES QUE AFECTAN LA FILTRACIN........................................................................................ 473. FILTRO PRENSA API................................................................................................................................. 48

4. PROCEDIMIENTO:.................................................................................................................................... 51

5. CLCULOS................................................................................................................................................ 52

6. CUESTIONARIO ........................................................................................................................................ 52

FILTRO PRENSA, ALTA PRESION - ALTA TEMPERATURA (HPHT)

1. OBJETIVO.................................................................................................................................................. 53

2. MARCO TERICO..................................................................................................................................... 53

2.1. IMPORTANCIA DE UN FILTRO PRENSA HPHT................................................................................. 53

2.2. DESCRIPCIN GENERAL DEL EQUIPO.............................................................................................. 54

3. EQUIPOS.................................................................................................................................................... 57

4. PROCEDIMIENTO: TEMPERATURAS < 300 F (149 C) .......................................................................... 57

DETERMINACIN DEL CONTENIDO DE ARENA

3. OBJETIVO.................................................................................................................................................. 59

4. FUNDAMENTO TERICO........................................................................................................................ 59

A. PLANTA DE PROCESAMIENTO.............................................................................................................. 59B. PROCEDENCIA Y TAMAO DE LOS SLIDOS...................................................................................... 59

C. CIRCUITO DE FLUJO DEL FLUIDO DE PERFORACIN........................................................................ 60

D. MTODOS DE CONTROL DE SLIDOS.................................................................................................. 60

I. DILUCIN O DESPLAZAMIENTO........................................................................................................... 60

II. SEDIMENTACIN..................................................................................................................................... 61


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III. MEDIOS MECNICOS (EQUIPO DE CONTROL DE SLIDOS)......................................................... 61

IV. MEDIOS MECNICO-QUMICO........................................................................................................... 61

2.3.1. MEDIOS MECNICOS (EQUIPO DE CONTROL DE SLIDOS)..................................................... 61

2.3.1.1. ZARANDAS (PRIMERA LNEA DE DEFENSA) (SHALE SHAKER) >65 ................................ 61

2.3.1.2. DESGASIFICADOR........................................................................................................................... 62HIDROCICLONES.............................................................................................................................................. 63

2.3.1.3. DESARENADORES (DESANDER). >40 .................................................................................... 64

2.3.1.4. DESARCILLADORES (DESILTER). >20 ................................................................................... 64

2.3.1.5. CENTRFUGA (CENTRIFUGE) >2 ............................................................................................. 65

2.3.1.6. LIMPIADOR DE LODO. (MUD CLEANER) >65 ........................................................................ 65

2.3.1.7. EMBUDO DE AGREGADOS (JET HOPPER)................................................................................... 66

2.3.2. BOMBAS............................................................................................................................................ 67

2.3.2.1. BOMBAS DPLEX............................................................................................................................ 672.3.2.2. BOMBAS TRIPLEX............................................................................................................................ 67

2.3.3. TANQUES DE LODO......................................................................................................................... 67

3. DETERMINACION DEL CONTENIDO DE ARENA................................................................................. 68

4. PROCEDIMIENTO..................................................................................................................................... 69

4.3. PREPARACIN DE LA MUESTRA....................................................................................................... 69

4.4. PRUEBA DEL CONTENIDO DE ARENA.............................................................................................. 69

5. CALCULOS................................................................................................................................................ 70

6. CUESTIONARIO ........................................................................................................................................ 70ANLISIS DE RETORTA

1. OBJETIVO.................................................................................................................................................. 71

2.1. FUNDAMENTO TERICO.................................................................................................................... 71

2.1.1. CLASIFICACIN DE LOS LODOS DE PERFORACIN.................................................................. 71

2.1.2. FLUIDOS DE PERFORACIN A BASE AGUA................................................................................. 71

2.1.3. FLUIDOS DE PERFORACIN A BASE DE PETRLEO.................................................................. 71

2.1.4. FLUIDOS DE PERFORACIN NEUMTICOS................................................................................. 72

2.2. FLUIDOS DEL POZO............................................................................................................................. 72

A. FLUIDOS DE PERFORACION................................................................................................................... 72

B. FLUIDOS DE TERMINACIN................................................................................................................... 73

C. FLUIDOS DE EMPAQUE........................................................................................................................... 73

2.3. RELACIONES......................................................................................................................................... 73

2.3.1. RELACIN PETRLEO AGUA (RPA)......................................................................................... 73


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2.3.2. RELACIN SLIDO PETRLEO (RSP)....................................................................................... 74

2.3.3. RELACIN SLIDO AGUA (RSA)............................................................................................... 74

3. RETORTA................................................................................................................................................... 74

4. PROCEDIMIENTO..................................................................................................................................... 75

4.1. PREPARACIN DE LA MUESTRA....................................................................................................... 754.2. PRUEBA DEL SOLIDOS Y LIQUIDOS................................................................................................. 76

4.3. PROCEDIMIENTO, MTODO DE PESAJE........................................................................................... 76

5. CALCULOS................................................................................................................................................ 77

6. CUESTIONARIO ........................................................................................................................................ 77

MEDICIN DEL pH DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIN



POTENCIAL HIDROGENIN............................................................................................................................ 78ESCALA DEL PH................................................................................................................................................ 78

EL PH EN LOS LODOS DE PERFORACIN..................................................................................................... 79

EFECTO EN LAS PROPIEDADES FSICAS....................................................................................................... 79

I. CLASIFICACIN DE LOS LODOS DE ACUERDO A SU PH................................................................... 79

MTODOS DE MEDICIN................................................................................................................................. 80

PROCEDIMIENTO.............................................................................................................................................. 81

MTODO COLORIMTRICO............................................................................................................................ 81

4.1. MTODO ELECTROMTRICO............................................................................................................. 81CLCULOS......................................................................................................................................................... 81

CUESTIONARIO ................................................................................................................................................. 81

DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD DE AZUL DE METILENO



3. MATERIALES Y REACTIVOS.................................................................................................................. 83

4. PROCEDIMIENTO..................................................................................................................................... 83

5. CALCULOS................................................................................................................................................ 84

6. CUESTIONARIO ........................................................................................................................................ 85

HOJA DE DATOS

BALANZA PARA LODOS.................................................................................................................................. 87

DETERMINACIN DE LA VISCOSIDAD......................................................................................................... 89


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PROPIEDADES REOLGICAS.......................................................................................................................... 90

VISCOSMETRO ROTATORIO.......................................................................................................................... 90

FILTRO PRENSA API......................................................................................................................................... 91

ALTA PRESION - ALTA TEMPERATURA (HPHT).......................................................................................... 92

DETERMINACIN DEL CONTENIDO DE ARENA.......................................................................................... 93ANLISIS DE RETORTA................................................................................................................................... 94

CAPACIDAD DE AZUL DE METILENO........................................................................................................... 96


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En 1833, un ingeniero francs de nombre Flauvile se hallaba mirando la operacin de perforacicon herramienta de cable cuando el aparato de perforacin descubri agua. Entonces, se dio cuenta queagua que brotaba era muy efectiva para sacar los recortes fuera del pozo. ste fue el momento en que estableci el principio de usar un fluido en movimiento para retirar los recortes del pozo. El francs id

INTRODUCCION A LOS FLUIDOS DE PERFORACION

Los fluidos utilizados durante las labores de perforacin de un pozo, son denominadocomo fluidos de perforacin. Este trmino est restringido a los fluidos que son circulados a travs dhoyo y cumplen con los requisitos mnimos de eficiencia de limpieza y seguridad durante la perforacide un pozo.

El trmino FLUIDO DE PERFORACION, incluye gas, aire, petrleo, agua, ysuspensin coloidal a base de agua y arcilla.

Los fluidos usados en la perforacin , que inicialmente fueron tomados como medio partransportar los cortes de rocas a la superficie, son considerados ahora como uno de los factores mimportantes para evitar fallas en las operaciones de perforacin. Adems de su cualidad de transportripios a la superficie, los fluidos de perforacin deben cumplir con otras funciones de igual importanciadirectamente relacionada con la eficiencia, economa y total computacin de la operacin de perforaciPor esta razn la composicin de los fluidos de perforacin y sus propiedades resultantes estn sujetasmuchos estudios y anlisis.

En la actualidad el mayor desafo que se presenta en la formulacin de los fluidos de perforacies satisfacer las crecientemente exigentes condiciones de altas temperaturas y presiones que se encuentren algunos pozos profundos, y pozos horizontales y de alcance extendido, y evitar, a la vez, daar medio ambiente. Los componentes de los fluidos de perforacin deben seleccionarse de manera qucualquier descarga de lodo o de recortes tenga el mnimo impacto sobre el medio ambiente. L preservacin del medio ambiente constituye una importante preocupacin en la investigacin y desarrollo de los fluidos de perforacin hoy en da. El cuidado de la salud del personal que trabaja en lequipos de perforacin tambin influye de manera importante en la utilizacin de estos fluidos. L productos se seleccionan para minimizar los riesgos de salud.

Si bien los fluidos son esenciales para perforar con xito un pozo de petrleo, tambin puedeconvertirse en uno de los aspectos ms problemticos de una operacin de perforacin. Se debe disponde los recortes que se sacan del pozo, as como de cualquier fluido de perforacin que permanece unidoellos. Y aunque el dao ambiental en el sitio del pozo es relativamente pequeo, puesto que se confislo a la vecindad de la operacin de perforacin, el impacto ambiental cerca del equipo de perforaci puede ser importante.

Hace mucho tiempo, la gente generalmente perforaba en busca de agua, no de petrleo. Erealidad, se enfadaban cuando por accidente hallaban petrleo, pues ste contaminaba el agua! L primeros pozos se perforaron para extraer agua y usarla luego para beber, lavar, regar y tambin pa

salmuera, utilizada como una fuente de sal. No fue sino hasta el siglo XIX que la perforacin en busca petrleo, se convirti en una prctica generalizada, ya que la industrializacin aument la necesidad productos derivados del petrleo.


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una manera para que el agua se bombeara hacia abajo dentro de una tubera de perforacin, y arrastrara recortes consigo cuando regresara a la superficie, en el espacio entra la tubera de perforacin y la pardel pozo. Este es un procedimiento estndar an hoy en da.

A medida que los pozos se vuelven ms profundos, los fluidos de perforacin cobran mayoimportancia, cumpliendo con varios propsitos y resolviendo una infinidad de problemas que varamucho de lugar a lugar.

1.

Segn EL API, un fluido de perforacin es aquel empleado en la perforacin para desempeafunciones especficas durante la perforacin. El trmino fluido incluye a lquidos, gases o mezclas estos. Un fluido de perforacin que es fundamentalmente lquido se denomina lodo de perforacin comnmente puede estar constituido por una mezcla de agua (o petrleo o una emulsin de agua y petrleo), alguna arcilla (viscosificante y reductor natural de filtrado) y otros aditivos qumicos.

DEFINICIN DE LODOS

1

Mezcla heterognea de una fase continua (agua o aceite) con la fase que son los aditivos que sagregan y que pueden estar disueltos o dispersos en el medio continuo con la finalidad de darle al lodPROPIEDADES adecuadas para que pueda cumplir FUNCIONES especificas en la perforacin de poz petroleros2

2.

Los fluidos de perforacin cumplen una funcin importante en la perforacin de pozos. Sin lofluidos de perforacin, sera imposible extraer los recortes de perforacin que se acumulan alrededor de barrena de perforacin. Tambin sera imposible mantener bajo control la presin de la formacin y evique colapse al interior del pozo abierto, a medida que la barrena de perforacin avanza hacia la parinferior de la formacin.

El fluido de perforacin debe presentar diferentes caractersticas, segn las condiciones en las quse utilice. Se bombea al interior a travs de la sarta de perforacin, con bombas de mucha potencia y hafuera por boquillas en la sarta de perforacin. Luego, se fuerza hacia arriba por fuera de la sarta d perforacin y hasta la superficie, donde se extrae el material de formacin (recortes).

Las caractersticas del fluido de perforacin deben corresponder a la composicin, profundidatemperatura y presin de formacin.

Las funciones se las clasifica en:

FUNCION DE LODOS

2.1.

Son aquellas que si o si debe cumplir el fluido para ser considerado el un lodo.

FUNCIONES ESPECFICAS O BASICAS

1. Sacar los Recortes de formacin a superficie.2. Controlar las Presiones de formacin.3. No daar las zonas productoras.

1 A PI2 Diego Ar redondo


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4. Estabilizar las paredes de las formaciones.5. No daar el medio ambiente.

2.2.

Son las que se derivan de las especificas y algunas pueden ser no cumplidas sin dejar de ser e

fluido un lodo.

FUNCIONES DERIVADAS

6. Sacar Informacin del fondo del pozo.7. Formar una pelcula impermeable sobre las paredes de la formacin.8. Lubricar y enfriar la sarta de perforacin.9. Mantener en suspensin los slidos.10. No causar corrosin a la herramienta.11. Transmitir energa al fondo del pozo

Haremos un anlisis de las distintas funciones.

1. Sacar los Recortes de formacin a superficie, al perforar un determinado pozo se generan recortes

de formacin en tamaos y cantidad segn sea el trepano y la velocidad de penetracin. Lremocin del recorte debe ser continua para dejar al trepano el espacio libre para que cumpla sfuncin de cavar o hacer un hueco nuevo a cada instante. El lodo junto con el caudal de bombedebe ser capaz de acarrear estos recortes a superficie dejando limpio el fondo del pozo. Lcapacidad de limpieza del pozo es funcin del caudal de bombeo como de la densidad del lodo su viscosidad.

2. Controlar las Presiones de formacin. Toda formacin tiene una determinada presin en sus porosdenominada presin de poro o presin de formacin, esta presin puede ser normal si su gradienes de 0.433 a 0.465 psi ft (agua pura agua salada de 1.07 g cc ); todo valor por encima se llam presin anormal y todo valor por debajo se llama presin sub-normal. Si se conoce la presin y profundidad de una formacin se puede saber la densidad mnima que debe tener el lodo parcontrolar esa presin. La densidad mnima de trabajo debe estar por encima debido a que se tomcomo presin hidrosttica ms un factor de seguridad de 300psi, elevando la densidad del lodnecesario para controlar la presin de formacin. Esta presin de 300psi es un factor de seguridaque puede cubrir la disminucin de presin causado cuando se est sacando la herramienta de pozo; ya que casi siempre causa un efecto de pistn. Para incrementar la densidad la industrcuanta con una serie de productos qumicos, entre los ms usados tenemos: BARITINA,CARBONATO DE CALCIO, OXIDOS DE HIERRO, CLORURO DE SODIO, DE POTASIO, CALCIO. Cada uno con sus ventajas y desventajas.

3. No daar las zonas productoras, la finalidad de perforar un pozo petrolero es para producirhidrocarburos, esta produccin depender de muchos factores de los cuales uno se refiere al daa la productividad causada por el lodo. El dao causado por el lodo puede ser por excesivcantidad de slidos, por una sobre presin o por la incompatibilidad qumica del lodo con lformacin productora, como ser inadecuada alcalinidad, contenido de emulsificantes que puedacausar la formacin de emulsiones estables en los poros de las formaciones productoras.Es comn perforar los pozos por etapas o tramos, los cuales luego de terminados son aislados cocaera cementada, esto se debe a:

Condiciones de formacin Presiones a encontrar Asegurar la estabilidad del pozo en general.


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4. Estabilizar las paredes de las formaciones. Las formaciones que se atraviesan varan en suscaractersticas fsico-qumicas, segn sea la profundidad en que se encuentra como tambin en s posicin en la tierra, la estabilidad de la formacin depender de la condicin con que se atraviecomo tambin de la relacin lodo-formacin.La estabilidad de la formacin depende en forma directa de la qumica de los lodos. Un ejemplde estos es el de que al perforar formaciones llamadas GUMBOS, estas al entrar en contacto co

al agua del lodo toman gran cantidad de la misma aumentando varias veces su volumen provocando lo que se conoce como cierre de agujero que causa los conocidos arrastres resistencias de la herramienta en movimiento.

5. No daar el medio ambiente, debido a las tendencias actuales de proteccin al medio ambiente,los lodos se estn diseando de tal manera que en sui composicin intervengan productos que ncausen o sea mnimo el dao causado al medio ambiente, se trata de productosBIODEGRADABLES.

6. Sacar Informacin del fondo del pozo, un lodo que esta perforando en un pozo, continuamentetrae informacin del fondo del pozo que el ingeniero de lodos est capacitado para podeinterpretar esta informacin y poder conocer las condiciones que estn en el fondo del pozo.

7. Formar una pelcula impermeable sobre las paredes de la formacin, toda formacin atravesadatiene cierta permeabilidad una ms que otra; las arenas por lo general son bastante permeables no as las arcillas, esta permeabilidad es lo que hace posible el paso del fluido a travs de larocas; debido a las exigencias de la perforacin de tener una presin hidrosttica mayor a l presin de formacin, parte del lquido del lodo, llamado filtrado, penetra a horizontes en laformaciones, quedando sobre la pared de la formacin una costra de slidos conocido com pelcula o revoque cuyo espesor queda definido por las caractersticas del lodo y las normas d perforacin; esta pelcula est muy ligada a la estabilidad del pozo que por lo general debe sdelgada, impermeable, lubricada y no quebradiza.

8. Lubricar y enfriar la sarta de perforacin, los aditivos agregados al lodo generalmente son

polmeros los cuales aparte de cumplir con sus funciones para los cuales fueron agregados dan lodo caractersticas de lubricidad que ayuda a minimizar las fricciones entre la herramienta d perforacin y las formaciones. Al girar la herramienta al girar o desplazarse genera fricciones colas formaciones el cual se manifiesta como torque (resistencia al giro), arrastre (cuando se saca herramienta) y resistencia (cuando se mete la herramienta).

A medida que se perfora un pozo la temperatura aumenta con la profundidad. El gradientde temperatura en normal cuando por cada 100ft perforados la temperatura en el fondo de pozo aumenta 1F. El lodo entra desde superficie a bajas temperaturas y al circular agrandes profundidades va extrayendo calor de las formaciones enfriando el pozo; el lodo el pozo en si forman un intercambiador de calor.

9. Mantener en suspensin los slidos, el comportamiento del lodo como fluido NO-

NEWTONIANO, tanto en estado dinmico como es estado de reposo es distinto acomportamiento de un fluido NEWTONIANO, el lodo tiene un propiedad muy importante que ela de mantener en suspensin a los slidos que lo componen con la finalidad de que los mismos nse depositen y obstruyan la perforacin del pozo. Se llama TIXOTROPIA a la capacidad que tienel lodo de generar energa en estado de reposo.

10. No causar corrosin a la herramienta, el lodo debe estar diseado en el sentido me minimizar elefecto de corrosin en la herramienta de perforacin.


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Se llama corrosin a la degradacin continua del metal el cual trata de alcanzar el estado inicidel cual parti. Es un proceso de oxido-reduccin que ocurre sobre la superficie metlica poaccin del fluido.

11. Transmitir energa al fondo del pozo. El fluido es el medio por el cual se transmite la potenciadesde la superficie hasta el fondo del pozo. El programa hidrulico, trata de obtener la mxim

cada de presin en la mecha para seleccionar los valores ptimos de caudal y chorros, qufaciliten una limpieza efectiva del fondo del hoyo y del espacio anular.

3. CLASIFICACION DE LOS FLUIDOS

FLUIDOS DE PERFORACION

LODOS(LIQUIDOS)

FLUIDOS NEUMATICOS(GASES)

MEZCLA DE LIQUIDOS Y GASES

AIREADOS(MAYORMENTE LIQUIDOS)

ESPUMAS(MAYORMENTE GASES) AIRE

GAS

NATURAL

LODOSBASE AGUA

EMULSIONES

LODOS BASE ACEITE

LODOS BASADOS EN SEUDOACEITES(LODOS CUYA FASE CONTINUA ES MATERIAL

SINTETICO

CALCICOS

DISPERSOS

BAJOS ENSOLIDOS

SATURACIONCON SAL

LODOS CON MATERIALESPOLIMERICOS

LODOS PROPUESTOS COMO ALTERNATIVA A LOS FLUIDOS NEUMATICOS Y A LASMEZCLAS DE LIQUIDOS Y GASES

NODISPERSOS ACETITE EN

AGUA

AGUA EN ACEITE

DE ACEITE CRUDO O DIESELCOMO FASE CONTINUA

SEGUNDA GENERACION(BASADOS EN OLEOFINAS ISOMERIZADA, PARAFINA,

ALFAOLEFINA Y ALQUIL-BENCENO LINEALES

PRIMERA GENERACION(BASADOS EN ESTER, POLIALFAOLEFINA Y

ETER, PRINCIPALMENTE


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PREPARACION DEL LODO

1. OBJETIVO

El objetivo de la practica es el de aprender a preparar y dosificar un lodo para obtener undensidad terica o deseada a partir de requerimientos experimentales.

2. FUNDAMENTO TEORICO

Para la preparacin de un lodo base agua en el laboratorio se debe tener un volumen de agua en cual se va a aadir una cierta cantidad de arcilla, donde para obtener una "densidad deseada", es necesacalcular tanto la masa de bentonita como el volumen de agua exactos, que se requieren para alcanzar eobjetivo.

El trmino "bentonita" Roca compuesta esencialmente por un material cristalino, semejante a unarcilla, Actualmente, la definicin ms ampliamente aceptada es : " Bentonita es una arcilla compuestaesencialmente por minerales del grupo de las esmcticas, con independencia de su gnesis y modo daparicin". Desde este punto de vista la bentonita es una roca compuesta por ms de un tipo de mineraleaunque son las esmcticas sus constituyentes esenciales y las que le confieren sus propiedadecaractersticas

Las especificaciones API para la Bentonita son las siguientes:

Humedad menor del 10% No dejar ms del 4% de residuo al pasar por un tamiz de 200 mesh Una suspensin de 22.5 gramos en 350 mililitros de agua debe dar una lectura, a 600

r.p.m., de por lo menos 30. El filtrado de la misma mezcla debe ser menor de 15 mililitros La relacin entre el punto cedente y la viscosidad plstica no debe exceder de tres

La viscosidad, el punto cedente y el filtrado se determinan a 75 F y a una concentracin de 22lbs/bbl de Bentonita (22.5 gramos de Bentonita en 350 centmetros cbicos de agua)

La Bentonita tiene un pH 8 y una gravedad especfica de 2.35 2.6. Una mezcla de agua Bentonita con una concentracin de 20 lbs/bbl, da un peso de 8.6 lbs/gal y una viscosidad embudo de 3seg./ galn

2.1. BALANCE DE MATERIA

EI lodo es un fluido sumamente homogneo compuesto de diferentes sustancias donde se puedconsiderar que su peso par unidad de volumen, es igual al peso del liquido mas el peso de las partculas suspensin.

BENTONITA(ARCILLA)

AGUAFLUIDO DE

PERFORACION


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Realizando un anlisis de balance de materia:

SALE ENTRA mm =

TOTAL AGUASOLIDOS mmm =+

Pero conocemos que la densidad es: V mV

m. ==

TOTALTOTAL AGUA AGUASOLIDOS SOLIDOS V V V ... =+ Asumiendo volmenes aditivos: AGUASOLIDOS TOTAL V V V += SOLIDOS TOTAL AGUA V V V

= ( ) TOTALTOTALSOLIDOS TOTAL AGUASOLIDOS SOLIDOS V V V V ... =+

TOTALTOTAL AGUASOLIDOS TOTAL AGUASOLIDOS SOLIDOS V V V V .... =+

La densidad total es la densidad deseada: DESEADATOTAL =

TOTAL AGUATOTALTOTAL AGUASOLIDOS SOLIDOS SOLIDOS V V V V .... = ( ) ( ) AGUATOTALTOTAL AGUASOLIDOS SOLIDOS V V = .

Finalmente: ( )( ) AGUASOLIDOS AGUATOTAL

TOTALSOLIDOS V V

=

Ejemplo

1. Preparar un lodo base agua con un volumen total de 800 [cm3]. Buscando una densidad de1,031 [g/cm3]. Donde la gravedad especifica de la bentonita a usar es de 2,3.

Can los siguientes datos:Datos

GEB = 2,3 (bentonita) AGUA BENTONITA BENTONITA AGUA

BENTONITA BENTONITA GE GE

.==

== 33 3.200.1.3,2 cmg

cmg

BENTONITA

LIQUIDO = 1,0 [g/cm3] (agua) TOTAL = 1,031 [g/cm3]VTOTAL = 800 [cm3]

][1.1913.2

1031.1][800 3

33

333 cm

cmg

cmg

cmg

cmg

cmV SOLIDOS =

=

BENTONITA

BENTONITA BENTONITA V

m= BENTONITA BENTONITA BENTONITA V m . =

[ ] [ ]gcmcm

gm BENTONITA 93.431.19.3.2 3

3 ==

BENTONITA LIQUIDOTOTAL V V V += BENTONITATOTAL LIQUIDO V V V = [ ] [ ]333 9.7801.19][cm800 cmcmV LIQUIDO ==


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3. INCREMENTO DE LA DENSIDAD

La densidad de las arcillas ordinarias vara entre 2,0 y 2,8 [g/cm3] y la arcilla sola puede aumentarla densidad del agua desde 1,0 hasta aproximadamente 1,3 [g/cm3]; en el caso de una mayor densidad sedeben utilizar materiales inertes de mayor gravedad especifica que proporcionen al lodo mayor peso.

Frecuentemente es necesario elevar la densidad del lodo segn las operaciones que se estrealizando para controlar el pozo, en general se usa baritina como material "densifieante" para acumulardensidad del lodo de perforacin (aumentar la densidad). u otros materiales inertes como:

Material densificarte Composicin Gravedad especifica

Baritina BaSO4 4,3

Hematita Fe2O3 5,2Siderita FeCO3 5,8

Victonita Fe69F26 6,5Galena PbS 7,5

BARITINA

La baritina (barita) es el agente densificante de mayor importancia en los lodos, es un mineral dsulfato de bario que se encuentra en la naturaleza como tal, su peso especifico es de 4,2 a 4,5 lo que hace mucho ms denso que la mayora de los slidos de perforacin. Las especificaciones API para baritina requieren un peso menor a 4,2 y que al menos un 5% debe quedar retenida en un cedazo de ma N 325 y no mas del 3% debe quedar retenida en el cedazo de malla N 200 en ensayo de granulomethmeda.

Como sustituto de la baritina en algunos casos se emplean sales solubles; la ventaja de las salesolubles como agentes densificarte es que los aumentos de densidad se logran sin aumentar el contenidde slidos del lodo, sin embargo, debe tenerse en cuenta los efectos de estas sobre otras propiedades dlodo. A veces la densidad deseada se consigue mediante una combinacin de sales y otros agentedensificantes.

Cuando se realiza una operacin de densificacin se tiene de manera similar a la preparacin dlodo una densidad final como objetivo que requiere del clculo de la masa del solido necesaria para elevla densidad inicial hasta la densidad final deseada. Para el clculo podemos partir nuevamente realizanun balance de materia:

LODO 1(INICIAL)

SOLIDOSDENSIFICANTES

GE ?

LODO 2(FINAL)


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FINALSOLIDOS INICIAL mmm =+

Pero conocemos que la densidad es: V mV m

. ==

FINALFINALSOLIDOS SOLIDOS INICIAL INICIAL V V V ... =+ Asumiendo volmenes aditivos:

SOLIDOS INICIALFINAL V V V +=

( )SOLIDOS INICIALFINALSOLIDOS SOLIDOS INICIAL INICIAL V V V V +=+ ... SOLIDOS FINAL INICIALFINALSOLIDOS SOLIDOS INICIAL INICIAL V V V V .... +=+

INICIAL INICIAL INICIALFINALSOLIDOS FINALSOLIDOS SOLIDOS V V V V .... = ( ) ( ) INICIALFINAL INICIALFINALSOLIDOS SOLIDOS V V = .

Finalmente: ( )( )FINALSOLIDOS

INICIALFINAL

INICIAL

SOLIDOS

V

V

= (Relacin de incremento)

Relacionando can la densidad del solido: ( )

( ) INICIAL

FINALSOLIDOS

INICIALFINALSOLIDOS V V .

=

SOLIDOS

SOLIDOS SOLIDOS

mV

V m

==

AGUASOLIDOS SOLIDOSA GE .=

AGUASOLIDOS

SOLIDOS SOLIDOS GE

mV

.=

1.SOLIDOS SOLIDOS

SOLIDOS GE m

V =

( )( ) INICIALFINALSOLIDOS

INICIALFINALSOLIDOS SOLIDOS V GE m .

=.(a)

Finalmente considerando el aumento .de volumen: SOLIDOS INICIALFINAL V V V += Como se ha visto el anlisis hecho mediante un balance de materia es sencillo, pero existe un

forma mas rpida de calcular esta masa de solido necesaria para incrementar la densidad del lodmediante la aplicacin de una frmula que consiste en:

( ).

1

.

SOLIDOS

FINAL

INICIALFINAL INICIALSOLIDOS

GE

V m

=

..(b)

Ambas ecuaciones (a y b) pueden ser usadas de forma indistinta teniendo el nico cuidado de qu

en su aplicacin se deben emplear los datos bajo un mismo sistema de unidades.EjemploSe tiene un lodo bentontico de 1.2 g/cc y se desea incrementar esta densidad a 1.27 g/cc. Para

operacin se tiene en cuenta un volumen inicial de 120 bl y baritina de 4.2 de GE. Calcular la masa d baritina necesaria que debe aadirse.

LODO1

INICIAL

SOLIDOS(BARITA)GE = 4.2

LODO2

FINAL


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ccg

BblV

/2.1

120

1

1

==

ccg

V

/27.1

?

2

2

==

2211

21

V V V

mmm

S S

S

=+=+

SOLIDOS V V V += 12 ( )SOLIDOS S S V V V V +=+ 1211

SOLIDOS SOLIDOS SOLIDOS V V V V 21211 . +=+ 11122 . V V V V SOLIDOS SOLIDOS SOLIDOS =

( ) ( )1212 . = V V SOLIDOS SOLIDOS ( )

( )212

1..

=SOLIDOS

SOLIDOS V V

( )( )

[ ] BblV SOLIDOS 12027.12.42.127.1

=

[ ] BblV SOLIDOS 86.2= SOLIDOS SOLIDOS SOLIDOS V m . =

[ ][ ]

[ ] Bblg

Kg Bbl

lt lt

ccccg

mSOLIDOS 86.2.10001

.1159

.1

1000.2.4

=

KgmSOLIDOS 908.1909=

4. REDUCCION DE LA DENSIDAD

La reduccin de la densidad es fundamental sobre todo en operacin de toma de testigos, ya que densidad con la que el fluido salga del pozo ser mayor que la densidad que se utilizo al inicio bsicamente por la presencia de recortes impregnados en el lodo, por lo cual se debe utilizar un liquidodiluyente que nos disminuya la densidad, el ms comnmente utilizado es el agua, pero tambin se pueutilizar diesel como liquido reductor del peso del lodo.

El agua utilizada en la perforacin y mantenimiento de los fluidos de base acuosa puede ser: dulo salada.

AGUA DULCE

El agua es ideal para perforar zonas de bajas presiones, es econmica, abundante, no requiertratamiento qumico y provee el mejor lquido en el uso de los mtodos de evaluacin de formaciones. agua dispersa slidos, facilitando su remocin a travs de los equipos mecnicos de control de slidoCuando contiene calcio o magnesio, se le conoce con el nombre de agua dura. Estos iones disminuyen rendimiento de las arcillas y alteran el comportamiento reolgico del fluido.

Propiedades

Densidad: 8.33 lbs/gal; 62.4 lbs/pc; 350 lbs/bbl


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Gradiente: 0.433 psi/pie @ 70F Viscosidad Embudo: 26 seg./ gal. Viscosidad Plstica: 1 cp Punto Cedente: 0 pH: 7 Peso Molecular: 18 Indice de Comportamiento de Flujo: 1.0

De la misma forma que en la operacin de incremento realizando un balance de materia.

SALE ENTRA mm =

21 mmm LIQUIDO =+

Pero conocemos que la densidad es: V mV m

. ==

2211 ... V V V LIQUIDO LIQUIDO =+ Asumiendo volmenes aditivos: 12 V V V LIQUIDO +=

( )1211 ... V V V V LIQUIDO LIQUIDO LIQUIDO +=+ .... 12211 V V V V LIQUIDO LIQUIDO LIQUIDO +=+

11122 ... V V V V LIQUIDO LIQUIDO LIQUIDO = ) ( )1212 .. = V V LIQUIDO LIQUIDO

Finalmente: ( )( )212

1.

=

LIQUIDO LIQUIDO V V

Ejemplo

Que cantidad de agua se deber incrementar a 3175 galones de un lodo de densidad 11lb/Gal parque su densidad final sea 1.08 g/cc.

LPG11d

Gal3175V

1

1

=

=

cc / g08 .1d

?V

2

L

==

[ ] [ ] LPG9964.8

ccg

1

LPG33.8 ccg

08 .1d 2 ==

LODO1

INICIAL

LIQUIDOLODO

2FINAL

LODO1

INICIALLIQUIDO

AGUA

LODO2

FINAL


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2211 ... V V V LIQUIDO LIQUIDO =+ Asumiendo volmenes aditivos: 12 V V V LIQUIDO +=

)1211 ... V V V V LIQUIDO LIQUIDO LIQUIDO +=+ .... 12211 V V V V LIQUIDO LIQUIDO LIQUIDO +=+

11122 ... V V V V LIQUIDO LIQUIDO LIQUIDO = ) ( )1212 .. = V V LIQUIDO LIQUIDO

( )( )2

121

.

=

LIQUIDO LIQUIDO V V

( )( )9964.833.8

119964.8.3175

= GalV LIQUIDO

[ ]GalV LIQUIDO 963.9545=

[ ] [ ][ ]

[ ]bblGalbbl

GalV LIQUIDO 3.227421

963.9545 ==

5. MEZCLA DE LODOSEn ocasiones se requiere mezclar lodos de distintas caractersticas para obtener un volumen y undensidad deseada.

FINALFINAL LODO LODO LODO LODO V V V ...

2211

=+

FINAL LODO LODO V V V =+ 21 12 LODOFINAL LODO

V V V =

FINALFINAL LODO LODOFINAL LODO LODO V V V V ... 2111 =+

FINALFINAL LODO LODOFINAL LODO LODO LODO V V V V .. 12211 =+

FINAL LODOFINALFINAL LODO LODO LODO LODO V V V V 21211 .. =

2211.. LODOFINALFINAL LODO LODO LODO V V =

( )212

1.

LODO LODO

LODOFINALFINAL LODO V V

=

Ejemplo

Determinar la cantidad de cada lodo a mezclar para obtener 2000 bbl de lodo de 14,0 lb/gal.

Volmenes disponibles:

1.200 Bbl de lodo de 11,2 lb/gal (lodo 1).

LODO1

LODO2

LODOFINAL


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1.200 Bbl de lodo de 15,4 lb/gal (lodo 2).

=

Desarrollar el balance de masas y volmenes.

FINALFINAL LODO LODO LODO LODO V V V ... 2211 =+

FINAL LODO LODO V V V =+ 21

( )21

2

1.

LODO LODO

LODOFINALFINAL LODO V V

=

( )( )

[ ] BblV LODO 67.6664.152.114.1514

.20001

=

=

12 LODOFINAL LODO V V V =

[ ] BblV LODO 33.133367.66620002 ==

Por lo tanto, para preparar 1.000 Bbl de lodo de 14,0 lb/gal, los volmenes de lodos disponibledeberan ser:

[ ] BblV LODO 33.3331 =

[ ] BblV LODO 67.6662 =

LODO1

LODO2

LODOFINAL


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LABORATORIO No.1:

1. OBJETIVO GENERAL

BALANZA PARA LODOS

Determinar la densidad del fluido con la finalidad de controlar la presin de la formacin y mantenestabilizada la pared del pozo.

2. FUNDAMENTO TEORICO

La densidad del lodo debe ser conocida durante todo el periodo de la perforacin, esta caracterstidel lodo es importante en el confinamiento de los fluidos de formacin en sus respectivas zonas. Ldiferencia (P) entre la presin hidrosttica ejercida por el fluido de perforacin (PH) Y la presin de lofluidos de formacin (PF) determina el factor de seguridad en el control del pozo, tenindose a la densidcomo relacin directa de la presin hidrosttica, la cual previene de derrumbes de las paredes del pozoatravesar formaciones no consolidadas y de la invasin descontrolada de fluidos de formacin.

2.1. DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO DENSIDAD

Para una sustancia molecularmente homognea, la densidad es la propiedad fsica que nos expresa masa de dicha sustancia contenida en una unidad de volumen, es decir:

V m=

Peso especifico

EI peso especifico representa la fuerza can la que la tierra atrae a una unidad de volumen ddeterminada sustancia. Numricamente es igual a la densidad de dicha sustancia.

La densidad de un lodo es su peso por unidad de volumen del lodo y tiene un efecto de suspensisobre las partculas, es decir, aumentando la densidad del lodo aumenta la capacidad de ascenso drecortes que puede tener el lodo, sin embargo, el peso del lodo se expresa mas significativamente como presin hidrosttica a gradiente de presin.

2.2. GRAVEDAD ESPECIFICA (GE)

La gravedad especifica o densidad relativa es la relacin existente entre la densidad de una sustancdada y la densidad de otra sustancia que se toma como referencia o patrn, es decir:

AGUA BENTONITA BENTONITA AGUA

BENTONITA BENTONITA

AGUA

x

GE GE

GE

.==

=

Para sustancias liquidas se suele tomar como sustancia patrn al agua cuya densidad es de 1,0 [g/cm 8.33 LPG. Para gases la sustancia de referencia la constituye con frecuencia el aire que tiene undensidad de 0,00129 [g/cm3].


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La gravedad especfica de los fluidos en suspensin generalmente determina la densidad del fluido perforacin. Muchos pozos son perforados con densidades de 9 hasta 20. En general se usa baritina comdensificante para incrementar la densidad del lodo de perfaraci6n u otros rnateriales inertes vistanteriormente.

Todo el funcionamiento de la sarta de perforacion depende directamente de las propiedades del lod

pero fundamentalmente de la densidad o peso del lodo, caracterstica que nos permite la determinaci6n la presi6n hidrosttica de la columna de lodo que est circulando en el sistema, lo que nos permite ejercun control primario del pozo.

La densidad o peso especfico de un determinado volumen de lquido se determina usando la balande lodo. El brazo de la balanza est graduado y permite mediciones exactas en un rango de + 0.1 libras pgaln (ppg). La balanza est construida de tal forma que en uno de los extremos del brazo graduado exiuna copa de volumen fijo que est balanceada por un contrapeso fijo en el lado opuesto del brazo, con ucursor deslizable que se mueve libremente a lo largo de la escala graduada. Se ha montado sobre el brade la balanza un nivel de burbuja que indica cuando el sistema est en balance.

6.5 - 23 libras por galn (lb/gal)

Balanza de Lodo Metlica

0.8 - 2.75 gravedad especfica

Figura 1: Equipo BALANZA PARA LODOS

8.0 - 25 libras por galn (lb/gal)

Balanza de Lodo Plstica

1000 - 3000 gravedad especfica (kg/m3) 60 - 185 libras por pie cbico (lb/ft3) 450 - 1300 libras por pulgada cuadrada por 1000 pies (psi/1000 ft)


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Figura 3: Caractersticas de la balanza de lodos.3

3. EQUIPO

Balanza del lodo

4. CALIBRACION:

La calibracin del instrumento puede realizarse fcilmente, midiendo la densidad de agua dulce.1. Llenar la copa de la balanza con agua limpia2. Colocar la tapa sobre la copa y asentarla firmemente, pero en forma lenta con un movimient

giratorio. Asegrese que el exceso de agua salga por el orificio de la tapa3. Colocar el dedo pulgar sobre el orificio de la tapa y limpiar la balanza con un trapo seco.4. Colocar la balanza sobre el soporte y mover el cursor a lo largo del brazo graduado hasta qu

la burbuja del nivel indique la nivelacin correcta5. Leer la densidad o peso del agua. Esta debe ser de 8.33 en lbs/gal o 62.4 en lb/pc.6. En caso de no obtener la densidad correcta, procdase a retirar el tornillo ubicado en e

extremo del brazo de la balanza para agregar o quitar balines hasta lograr la calibracin.5. PROCEDIMIENTO:

1. Coloque la base de la balanza de lodo (preferentemente dentro de la caja portadora) o sobruna superficie plana.

2. Mida la temperatura del fluido y regstrela en su reporte de lodo.

3 CIED


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3. Llene la copa, hasta el borde superior con una muestra de lodo recin obtenida a fin dedeterminar su peso.

4. Coloque la tapa de la copa y asintela con un movimiento suave y giratorio. Asegrese qualgo de lodo salga a travs del hueco pequeo que tiene la tapa de la copa, de tal forma seasegurar que la copa est llena y que tambin est libre de aire o gas atrapado.

5. Cubra el hueco de la tapa con un dedo y lave todo el lodo que est presente en la parte d

afuera de la copa y el brazo. Luego, seque completamente la balanza.6. Coloque la balanza sobre el soporte en V y mueva el cursor a lo largo del brazo hasta que lcopa y el brazo estn balanceados, como lo indica la posicin de la burbuja en el nivecorrespondiente.

7. Lea el peso del lodo en el borde del cursor que est orientado hacia la copa del lodo.8. Limpie y seque la balanza de lodo luego de cada uso.

5.1. RESULTADOS:

Reporte el peso del lodo con una aproximacin de 0.1 libras por galn, 0.5 libras por pie cbico , 0.0gramos por centmetro cbico, o 10 kilogramos por metro cbico.

6. CALCULOS

1. Calcular el error porcentual de calibracin que tiene cada balanza con los valores medidorespecto de los valores tericos usando:

2. Indicar cules fueron los clculos realizados para la preparacin de los lodos (especificar lacantidades de slidos y agua que se usaron en cada operacin).

3. Calcular la gradiente de presin de los lodos medidos4. Indicar los grados API para los lodos medidos

7. CUESTIONARIO

1. Defina fluido de perforacin2. Defina Barita, Bentonita y uso3. Calcular la presin normal que se espera encontrar a las profundidades de 1809 y 2500 (m) e

un pozo suponiendo que la gradiente de presin normal es de 0.104 (kg-cm2/m), suponiendoque se utilice un lodo de 1.23 (kg/cm3) de densidad de densidad a esas profundidades. Cuser la presin diferencial en cada caso?

4. Qu importancia tiene la densidad de un lodo en la perforacin de pozos? 5. Cuales son los mtodos mas usuales para reducir la densidad de un lodo6. Determinar la densidad de un lodo cuyo volumen de preparacin es de 900 cc. Con una mas

de bentonita de 50 gr. y que tiene una gravedad especifica de 2.5.

7. Condiciones bsicas para la formulacin de los fluidos de perforacin.8. Explique las funciones especificas o bsicas y derivadas de los fluidos de perforacin


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LABORATORIO No.2:

1. OBJETIVO

DETERMINACIN DE LA VISCOSIDAD

Usar un embudo de Marsh para obtener el valor de viscosidad de embudo de un fluido de perforacio de terminacin/reparacin.

2. FUNDAMENTO TERICO

La viscosidad en los fluidos de perforacin sirve para aumentar la capacidad de inyeccin y suspendlos recortes en el espacio anular; su control viene ntimamente ligado a la funcin que desempean l bombas dentro de las labores de perforacin, donde en general un aumento de la viscosidad del lodo perforacin puede ocasionar un uso excesivo de presin de bomba para romper la resistencia a circulacin o una prdida de circulacin como resultado de la presin tan elevada necesaria y usada paempezar a bombear.

Cuando un fluido que est en contacto con una superficie slida se pone en movimiento, sufre uretardo que se puede considerar similar a un rozamiento. De esta forma las capas que estn en contaccon la pared permanecen en reposo, mientras que las partculas inmediatamente cercanas tienen unvelocidad casi nula y a medida que nos alejamos de la pared la velocidad crece, esto debido a un efeccombinado de adhesin y cohesin contrario a la fluidez que es conocido como viscosidad, sin embargya que la viscosidad esta ligada a las fuerzas de atraccin entre partculas su efecto se manifiesta an ausencia de superficies slidas o en zonas alejadas de las mismas.

La viscosidad y la resistencia del gel son medidas que se relacionan a varias propiedades de flujo dlos fluidos. El estudio de la deformacin y caractersticas de flujo de la materia, se denomina Reologa.

2.1. VISCOSIDAD

La viscosidad es una propiedad fsica que se puede definir como una medida de la resistencia qutienen los fluidos a la direccin de su movimiento debido a la existencia e fuerzas de atracciintermoleculares que ocasionan el rozamiento entre las partculas y molculas que lo componen, en otr palabras es la resistencia interna al flujo de un fluido.

2.1.1. VISCOSIDAD DINMICA ()

La viscosidad dinmica o tambin llamada "viscosidad absoluta" () est definida como a viscosidtal, que al deslizarse una sobre otra dos capas de un fluido de la misma superficie a una distancia mutuconstante, sufren una fuerza de rozamiento que da lugar a una diferencia relativa de velocidades entre s partculas. Las unidades en el sistema internacional como en el sistema cegesimal estn dados por:

[ ],2 sPams N

= = [ ] [ ]cPPoissecm

sdinas,,2

=

Debido a que en el estudio de la viscosidad en el sistema internacional los valores de las medidas soexcesivamente grandes son poco empleados, es as que se tiene una mejor utilizacin de la unidad de viscosidad en el sistema cegesimal que es el Poise, pero en aquellas medidas en las que el Poise resulmuy grande, se emplea un submltiplo cien veces menor, que se denomina centipoise y se representa p[cP].


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1 [P] = 100 [Cp]2.1.2. VISCOSIDAD CINEMTICA ( )

La viscosidad en muchas oportunidades resulta difcil de medir por lo que en su lugar se utiliza otmagnitud, directamente relacionada con ella y de ms fcil medicin, denominada viscosidad cinemtique es el cociente que resulta de dividir la viscosidad absoluta de un fluido entre su densidad y que tie por unidades:

sm 2= [ ]St Stokes

scm =

2

La viscosidad de los lodos de perforacin es una propiedad que afecta directamente a la potencia ascenso de los recortes en lodo y depende principalmente de la cantidad, concentracin, calidad dispersin de los slidos en suspensin.

Durante la perforacin se requiere una mnima viscosidad para perforar ms rpido, para eliminms fcilmente los slidos en superficie, pero en cambio se requiere una alta viscosidad para el transpoeficiente de los recortes desde el fondo del pozo.

La viscosidad de un lodo al estar en relacin directa con la cantidad de arcilla presente, esta efuncin a un efecto combinado de:

a) El grado de hidratacin de las partculas coloidales. b) La friccin entre partculas.c) Las fuerzas de atraccin y repulsin mutua de carcter electromagntico entre las

partculas.

Estos dos ltimos factores son los que condicionan el comportamiento de un lodo y dan lugar a lavariables reolgicas de:

a) Viscosidad plstica b) Punto cedente o Yield point

Estas variables que componen la viscosidad de un lodo sern estudiadas ms a profundidad en prctica referida a la medicin de las propiedades reolgicas del lodo con viscosmetro rotativo (Fann).

2.1.3. CONVERSIN DE LA VISCOSIDAD MARSH EN VISCOSIDAD ABSOLUTA

La determinacin de la viscosidad con el uso de un viscosmetro de embudo consiste en encontrar uexpresin matemtica que sirva para convertir los tiempos en segundos obtenidos en las pruebas a lunidades de la viscosidad absoluta, sin embargo, como ya se ha visto anteriormente hay que considercada uno de los tipos de fluidos, ya que su anlisis es distinto y su aplicacin depender del tipo de fluiusado en cada prueba, es as que a continuacin se tiene un anlisis diferenciado tanto para los fluid Newtonianos como para los no Newtonianos.

2 1 3 1 S SE TRATASE DE UN FLUIDO NEWTONIANO

En este caso se halla una relacin entre el fluido Newtoniano que es usado para la prueba y el agua la siguiente manera: con el embudo se vierte un volumen fijo de determinado liquido (Newtoniano) cuviscosidad se desea medir y se cronometra el tiempo que tarda en salir (t), a continuacin se repite


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experimento con el mismo volumen de agua siendo el tiempo que tarda en descargar designado por (to);tiene que los tiempos empleados por ambos lquidos son directamente proporcionales a sus viscosidadcinemticas, por ello, designando las viscosidades cinemticas del lquido y del agua por y orespectivamente podemos expresar:

Relacionando los tiempos de descarga:

OOt t

=

Ahora bien, como la viscosidad cinemtica es:

=

O

OO

=

Sustituyendo estos valores en la relacin anterior:

..

O

o

O

OOt t ==

oOO t t .... =

En el supuesto de que todas las magnitudes estn expresadas en unidades del sistema cegesimal, densidad del agua "o" es 1,0 [g/cm3] y despejando de la anterior ecuacin se tiene:

OOOt

t

=

Donde

t : Tiempo de descarga del fluidoOt : tiempo de descarga del agua con el mismo volumen

O y : Peso del fluido estudiado y del agua respectivamenteO : Viscosidad del agua (1.0 cP)

Esta viscosidad viene expresada en funcin de t y to, que son los tiempos determinados mediante ucronmetro,o es la viscosidad del agua, la cual se conoce ya que se trata de un lquido tipo, de valoretabulados de acuerdo a su temperatura (1,0 cP a 15 C) Y "" es la densidad del lquido objeto de estudio.

2.1.3.2. SI SE TRATASE DE UN FLUIDO NO NEWTONIANO

Para el caso de un fluido no Newtoniano, el anlisis no es tan fcil y es as que se tiene que recurrirla formacin de una ecuacin diferencial que considere sus caractersticas y comportamiento haciendo ude la ecuacin de Hagen - Poiseuille para viscosmetros de orificio y cuyo resultado final es:


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t C

t C d V 2

1 . +=

Y cuyas soluciones no sern discutidas ni analizadas, quedando la siguiente ecuacin como resultade encontrar experimentalmente las constantes:

=

t t d V

46158.0

Donde:

V : Viscosidad absoluta [cP]d : Densidad [g /cm3]t : Tiempo (Segundos Marsh) [seg]

Tambin existe un mtodo grafico donde para distintos pesos del lodo se han graficado los valores dla viscosidad absoluta versus viscosidad Marsh usando la ecuacin anterior para distintos tiempos como

muestra en la Grafica 1.2.2. TIPOS DE FLUJOS

Los fluidos se pueden mover segn tres tipos de flujo:

2.2.1. FLUJO TAPON

Se da cuando se inicia el movimiento, a muy bajas velocidades, fluyendo con un perfil de velocidaddonde el vector velocidad es siempre paralelo al eje del tubo y tiene el mismo sentido y magnitualrededor de este, a excepcin de las paredes del tubo. Es decir la velocidad es constante tanto en senticomo en intensidad, el perfil es achatado y plano.

2.2.2. FLUJO LAMINAR

A medida que crece la velocidad de flujo, el perfil va tomando la caracterstica parablica covectores de velocidad mnimo en las paredes y que va creciendo hacia el centro del tubo donde tiene mximo valor. La velocidad es paralela al eje del tubo, tiene el mismo sentido pero vara en intensidad.

2.2.3. FLUJO TURBULENTO

A mayor velocidad del fluido, en este caso la velocidad se vuelve catica, no es paralela al eje dtubo, no tiene un sentido definido y tiene distintas intensidades aun en un mismo punto.

El paso de un flujo a otro depende de un nmero adimensional conocido como Nmero De Reynoldre Re, este nmero depende de factores como caractersticas del flujo que se mueve, geometra dconducto donde se mueve y caudal del fluido que fluye. A medida que la viscosidad del fluido crece elRe va aumentando para el paso de laminar a turbulento y crece aun ms si el fluido es newtoniano.

3. CARACTERISTICAS DEL EMBUDO MARSH

El embudo Marsh es un simple dispositivo usado para la rpida medida rutinaria de la viscosidad dfluido. Este es un excelente indicador de los cambios en las propiedades de los fluidos de perforacin.


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embudo Marsh tiene una forma cnica, un dimetro superior de 6 pulgadas (152 mm) y 12 pulgadas (3mm) de largo, con una capacidad de 1500 cm3. Una malla 12 mesh cubre la mitad de la parte superiorest diseada para remover cualquier materia extraa y cuttings presentes en el fluido. El fluido descarga a travs de un orificio fijo que est en la parte inferior del embudo y que mide 2 plg (50.8 mm por 3/16 plg (4.7 mm).

Figura 1: Equipo EMBUDO MARSH

Figura 2: Caractersticas EMBUDO MARSH

4. EQUIPO:

Viscosmetro de Embudo Marsh, plstico.


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Jarra Graduada, 1000 ml, plstico. Termmetro, metlico, rango 0 - 220F. Cronmetro Digital.

5. PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIN

1. Tapar el extremo del embudo con un dedo y verter agua limpia a travs del tamiz hasta que enivel coincida con la base del tamiz.

2. Sostener firme y recto el embudo sobre una jarra graduada con indicacin de de galn.3. Retirar el dedo del extremo y medir con un cronmetro el tiempo que toma en escurrir d

galn de agua a travs del embudo. Este tiempo debe ser de 26 segundos que es la viscosidaembudo del agua.

6. PROCEDIMIENTO:

1. Mantenga el embudo en posicin vertical hacia arriba tapando el orificio de salida con el dedndice.

2. Vierta una muestra de lodo fresco para ser ensayado a travs de la malla hasta que el nivel defluido alcance la parte inferior de la malla.

3. Remueva el dedo de la salida y comience a medir el tiempo con un cronmetro. Usando e jarra graduada, mida el tiempo para que el fluido llene (946 ml) marcado en la jarra.

4. Mida la temperatura del fluido en F o C.5. Reporte el tiempo en segundos como viscosidad de embudo Marsh y registre la temperatur

del fluido.6. Limpie y seque completamente el embudo y la jarra despus de cada uso.

7. CALCULOS1. Calcular el error porcentual de calibracin de un quart, litro que tiene el embudo con lo

valores medidos respecto de los valores tericos usados.2. Expresar la viscosidad de los fluidos en centipoises y en poises haciendo uso de: La frmul

que considere ms conveniente3. Compare los resultados con la grafica correspondiente (1A)

8. CUESTIONARIO

1. Defina Viscosidad, viscosidad dinmica y viscosidad cinemtica2. Indique los tipos de flujo, con su respectiva grafica3. De qu manera la viscosidad afecta al comportamiento de los fluidos y cmo se los clasifica de

acuerdo a su flujo.4. Segn su criterio A cual de los tipos de fluido (Newtoniano o no Newtoniano) pertenece el

petrleo?Por qu?


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Grafica (1A)


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LABORATORIO No.3:

PROPIEDADES REOLGICASVISCOSMETRO ROTATORIO

1. OBJETIVO

El viscosmetro se utiliza para determinar las propiedades reolgicas del fluido, es decir, la viscosid plstica, el punto cedente y la fuerza de gel.

2. FUNDAMENTO TERICO

Por definicin la viscosidad es la resistencia de un fluido a fluir; como ya se ha visto en una practicanterior la viscosidad sirve para suspender los recortes en el espacio anular as como ofrecer seguridacontra otro tipo de problemas que se presentan en el pazo. Sin embargo es necesario advertir acerca de desventajas de perforar con un lodo de viscosidad excesivamente alta, lo que puede ocasionar alguno los siguientes problemas:

Baja velocidad de penetraci6n. Aparicin de sobre-presiones y depresiones cuando se baja y se saca la sarta de perforaci6n. Aumentos sensibles en el costo de la inyecci6n introducidos par las exigencias de un mayo

tratamiento qumico. En general se tiene el aumento de problemas como resultado de una mayor presin fluctuante e

el sistema.2.1. REOLOGAReologa, es un trmino que denota el estudio de la deformacin de materiales, incluyendo el flujo. E

terminologa de campo petrolero la frase propiedades de flujo y la viscosidad, son las expresiongeneralmente usadas para describir las cualidades de un lodo de perforacin en movimiento.

Existen dos tipos de fluidos en la naturaleza:

2.1.1. FLUIDOS NEWTONIANOSSon aquellos cuya viscosidad se mantiene constante independientemente de la velocidad a que est

siendo cortados cuando se mueven en conductos de de rgimen laminar.


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Es decir, mantienen una relacin directa y proporcional entre el esfuerzo de corte que genera emovimiento y la velocidad de corte a la cual se mueve.

Son fluidos Newtonianos el agua dulce, agua salada, aceite diesel, aceites minerales y sintticos.2.1.2. FLUIDOS NO-NEWTONIANOS

Son los fluidos cuya viscosidad cambia con el esfuerzo de corte, este cambio puede ser ascendentedescendente. Es decir que la relacin entre el esfuerzo y la velocidad de corte ya no es lineal.

Es decir que la relacin entre el esfuerzo y la velocidad de corte ya no es lineal.Algunos ejemplos de estos fluidos son algunos polmeros, mezclas de arcillas con agua, lodos d

perforacin, pinturas, colas de pegar, etc.2.1.2.1. CLASIFICACION DE LOS FLUIDOS NO-NEWTONIANOS

Se clasifican en dos grandes grupos:1. Aquellos cuyas propiedades son independientes del tiempo

a) Fluidos Bingham-plsticos b) Fluidos seudo plsticosc) Fluidos dilatantes

2. Aquellos cuyas propiedades son dependientes del tiempo Fluidos tixotrpicos

a) FLUIDOS PSEUDO-PLASTICOSCuyo movimiento se inicia con la aplicacin de la fuerza, entre los cuales estn los fluido

adelgazantes, que son aquellos cuya viscosidad disminuye al crecer la velocidad de corte entre los que encuentran los fluidos de perforacin y los dilatantes, aquellos cuya viscosidad aumenta al crecer

velocidad de corte. b) FLUIDOS PLASTICOS DE BHIMGAN

Son los que tienen cierta energa a vencer antes de iniciar el movimiento (Tensin de cedencia)c) FLUIDOS DILATANTES

El comportamiento de los fluidos diletantes puede ser caracterizado por la curva de flujo de la figuLa viscosidad efectiva de un fluido dilatante incrementa con el incremento de la velocidad de corte. Esno es una caracterstica deseable para un fluido de perforacin.


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FLUIDOS TIXOTRPICOSEstos desarrollan una fuerza gel cuando estn en reposo o cuando se disminuye la velocidad de cor

aplicada. Ejemplos de fluidos tixotrpicos son: mayonesa, fluidos de perforacin, pinturas y tintas.

2.1.3. MODELOS REOLGICOSUn modelo reolgico es una descripcin de la relacin entre el esfuerzo de corte y la velocidad d

corte. La ley de viscosidad de Newton es el modelo reolgico que describe el comportamiento de flujo los fluidos newtonianos. Tambin se llama modelo newtoniano. Sin embargo, como la mayora de lofluidos de perforacin son fluidos no newtonianos, este modelo no describe su comportamiento de fluEn realidad, como no existe ningn modelo reolgico especfico que pueda describir con precisin lcaractersticas de flujo de todos los fluidos de perforacin, numerosos modelos han sido desarrollados padescribir el comportamiento de flujo de los fluidos no newtonianos. A continuacin se proporciona udescripcin de los modelos de Flujo Plstico de Bingham, de Ley Exponencial y de Ley ExponenciModificada. El uso de estos modelos requiere medidas del esfuerzo de corte a dos o ms velocidades corte. A partir de estas medidas, se puede calcular el esfuerzo de corte a cualquier otra velocidad de cort

2.1.3.1. MODELO DE FLUJO PLSTICO DE BINGHAMEl Flujo Plstico de Bingham ha sido usado ms frecuentemente para describir las caractersticas d

flujo de los fluidos de perforacin. ste es uno de los ms antiguos modelos reolgicos que son usadactualmente. Este modelo describe un fluido en el cual se requiere una fuerza finita para iniciar el flu(punto cedente) y que luego demuestra una viscosidad constante cuando la velocidad de corte aumen(viscosidad plstica).


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Para el lodo tpico, si se hace una curva de consistencia para un fluido de perforacin con los datos dviscosmetro rotativo, se obtiene una curva no lineal que no pasa por el punto de origen, segn se muesten la Figura

El desarrollo de los esfuerzos de gel hace que la interseccin de Y se produzca en un punto poencima del punto de origen, debido a la fuerza mnima requerida para romper los geles e iniciar el flujo.

2.1.3.2. MODELO DE LEY EXPONENCIALEl modelo de Ley Exponencial procura superar las deficiencias del modelo de Flujo Plstico d

Bingham a bajas velocidades de corte. El modelo de Ley Exponencial es ms complicado que el modede Flujo Plstico de Bingham porque no supone que existe una relacin lineal entre el esfuerzo de cortela velocidad de corte, como lo indica la Figura. Sin embargo, como para los fluidos newtonianos, lcurvas de esfuerzo de corte vs. velocidad de corte para los fluidos que obedecen a la Ley Exponenci pasan por el punto de origen.

Este modelo describe un fluido en el cual el esfuerzo de corte aumenta segn la velocidad de corelevada matemticamente a una potencia determinada.

La reologa es el estudio de la viscosidad y las deformaciones en el flujo de un fluido de perforacicuando este se encuentra en movimiento. Las propiedades reolgicas estn definidas por el esfuerzo corte () y la velocidad de corte, () que son los factores que originan la composicin de la viscosidad ydan lugar a las variables reolgicas que son:

Viscosidad plstica (VP) Punto cedente Yield point (PC o YP) Viscosidad Aparente (VAP)

2.1.4. Viscosidad plstica (VP)

La viscosidad plstica es la resistencia al flujo de un fluido debida principalmente a la friccimecnica entre las partculas suspendidas y la viscosidad de la fase fluida continua. Para casos prcticosviscosidad plstica depende de la cantidad de so1idos y la forma de las partculas que forman estoslidos.

Esta friccin se produce por:a) Entre los slidos contenidos en el lodo. b) Entre los slidos y el lquido que lo rodea.c) Debido al esfuerzo cortante del propio lquido.


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En general, al aumentar el porcentaje de slidos en el sistema, aumentar la viscosidad plstica.El control de la viscosidad plstica en lodos de bajo y alto peso es indispensable para

mejorar el comportamiento reolgico y sobre todo para lograr altas tasas de penetracin. Este control obtiene por dilucin o por mecanismos de control de slidos.

Para lograr tal propsito, es fundamental que los equipos de control de slidos funcionen e

buenas condiciones.Para determinar la viscosidad plstica se utiliza la siguiente ecuacin:

rpm300@lectura-rpm600@lectura=cp(PV),PlsticaViscosidad

2.1.5. Punto cedente (PC YP)Es la resistencia al flujo causado por la atraccin molecular, que es el resultado de la atraccin d

las cargas positivas o negativas situadas en o cerca de la partculas en condiciones de flujo, esta variabdepende de la viscosidad absoluta continua, el volumen de los slidos, el volumen del lodo dispersado, atraccin o repulsin entre partculas slidas o entre partculas slidas y las fases del fluido.

El punto cedente, bajo condiciones de flujo depende de:

a- Las propiedades de la superficie de los slidos del lodo.b- La concentracin de los slidos en el volumen de lodo.c- La concentracin y tipos de iones en la fase lquida del lodo.

Generalmente, el punto cedente alto es causado por los contaminantes solubles como ecalcio, carbonatos, etc., y por los slidos arcillosos de formacin. Altos valores del punto cedente causla floculacin del lodo, que debe controlarse con dispersantes.

Para determinar este valor se utiliza la siguiente frmula:(PV)PlsticaViscosidad -rpm300@lectura=ftlbf/100(YP)FluenciadePunto 2

2.1.6. Viscosidad Aparente (VAP)Es la medida de la viscosidad de un fluido en determinado tiempo bajo condiciones de

temperatura y agitacin no normalizadas y depende de la proporcin del flujo comprendida en medicin, as como de sus condiciones ambientales. Para los fluidos de perforacin la viscosidad aparengeneralmente disminuye cuando la proporcin del flujo aumenta.

Su valor puede estimarse de la siguiente forma:

2rpm600@lectura

=cp(AV),AparenteViscosidad

En la siguiente tabla se resumen algunos trminos y definiciones que son pertinentes a las discusion

sobre reologa e hidrulica y son tiles para comprender las formulas y clculos reologicos.

Termino reolgico Smbolo Unidad Definicin

Velocidad de corte Seg -1 Cambia de velocidad del fluido dividido por el ancho del canal atravs del cual el flujo se desplaza en flujo laminar.

D rpm La velocidad de rotacin en un viscosmetro estndar de campo en elcual es medido el esfuerzo cortante.


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Esfuerzo de corte Pa

Lbs/ 100 pies2

La fuerza por unidad de superficie requerida para mover un fluidouna velocidad de corte dada.

EI esfuerzo cortante se mide en viscosmetros de campo por ladeflexi6n del dial del medidor a una velocidad de corte dada. Lalectura especfica del dial es generalmente denotada por.

Ejemplo: 300 describe la deflexin del dial a 300 rpm en elviscosmetro rotativo.

Viscosidad

P

cp

Pa - s

Esfuerzo cortante de un fluido dividido par el correspondiente ndicede corte, =/

La viscosidad del fluido se puede medir en un punto determinado osobre una amplia escala de mediciones de esfuerzo cortante porndice de corte.

Viscosidad efectiva e cPPa - sLa viscosidad usada para describir al fluido que fluye a travs de unageometra particular; al cambiar las geometras del pozo, tambincambia la e.

Punta cedente (Yield point)

PCYPy

Lbs/100 pies2

La fuerza requerida para iniciar el flujo; el valor calculado delesfuerzo corta

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Fluidos de Perforación Nueva Guía