Fundamentos del Control de Sólidos

1

INTRODUCCIÓN

Este fundamento trata sobre los diferentes mecanismos de Control de

Sólidos y los equipos que integran el sistema de circulación, utilizados en

perforación para remover eficientemente los sólidos indeseables, con la

finalidad de minimizar el impacto ambiental y los problemas operacionales

que puedan suceder durante el proceso de perforación.

OBJETIVO GENERAL

Remover mecánicamente los sólidos perforados durante el proceso de

perforación de acuerdo a su tamaño y a su gravedad especifica.2

¿QUE ES CONTROL DE SÓLIDOS?

El control de sólidos es la función más importante en el tratamiento de un

fluido de perforación.

Es una función preventiva, que consiste en mantener en un porcentaje

mínimo los sólidos no reactivos de formación.

TIPOS DE SÓLIDOS

Los sólidos constituyen la fase dispersa del fluido y pueden ser:

reactivos, no reactivos, deseables e indeseables.

3

SÓLIDOS

Reactivos No reactivos

Baja Grav. Esp Baja Grav Esp Alta Grav. Esp

Agregados FormaciónIndeseable Deseables

AgregadosFormación

Bentonita Arcilla

Corte Arena Sedimento Barita

Sólidos Reactivos

Se caracterizan por ser de baja gravedad y tener cargas eléctricas. De

acuerdo a su origen pueden ser: agregados (comerciales).

ejemplo: Bentonita e incorporados (formación) ejemplo: arcillas.

Estos sólidos arcillosos alcanzan el tamaño coloidal cuando están

totalmente hidratados y son los únicos que forman revoques lisos,

delgados, flexibles de baja permeabilidad y altamente compresibles, que

facilitan el control de filtrado. Además, incrementan las propiedades

reologicas del fluido y, en consecuencia, mejoran su capacidad de

limpieza y suspensión.

Cuando estos tipos de sólidos se encuentran en porcentajes elevados,

causan la floculación del fluido y en este caso se trata mecánicamente

utilizando una centrifuga de altas revoluciones.

Sólidos No Reactivos

Estos sólidos no poseen cargas eléctricas y pueden ser de alta o baja

gravedad especifica. Estos tipos de sólidos ya sean de baja o alta

gravedad específica:

- Disminuyen la tasa de penetración (ROP)4

- Aumentan la viscosidad plástica

- Forman revoques gruesos que reducen el espacio anular, y en

consecuencia incrementan la posibilidad de un atascamiento diferencial

- Originan problemas de torque y arrastre en la tubería de perforación.

Deseables

La barita es un sólido no reactivo de alta gravedad, clasificada como

sedimento, es deseable siempre que no se encuentre en tamaño ultra fino

o coloidal, porque causas severos problemas de floculación, sobre todo en

fluidos muy pesados. En este caso se debe recurrir a su remoción con una

centrifuga de alta. (¿?)

La barita es un producto que se utiliza como material densificante y de

acuerdo con (A.P.I), debe tener una gravedad específica mínima de 4.2

l.p.g (¿?).

Indeseables

Los sólidos no reactivos de baja gravedad son de formación y constituyen

el peor contaminante para cualquier tipo de fluido. Están presentes desde

que se inicia hasta que finaliza la perforación y no existe mecanismo

alguno que los remueva en su totalidad.

La arena es el prototipo de los sólidos no reactivos de formación, es muy

abrasiva y tiene una gravedad específica promedio de 2.6. Siempre es

indeseable, pero realmente causas problemas cuando excede el

porcentaje mínimo requerido de acuerdo con la densidad del fluido.

Este tipo de sólido nunca debe exceder un porcentaje mayor al 10% v/v.

Por tal razón, debe ser removido en forma rápida y eficiente para evitar

que se fraccione y disperse durante la circulación. De lo contrario, se hará

más pequeño, por lo cual se incrementará su área superficial y, en

consecuencia, los problemas operacionales.

5

BENEFICIOS DEL CONTROL DE SÓLIDOS

El control de sólidos es una tarea difícil pero necesaria, pues mejora la

calidad del fluido Y permite obtener los siguientes beneficios:

- Aumenta la tasa de penetración (ROP)

- Incremento de la vida útil de la mecha

- Mejoramiento de la eficiencia de las bombas

- Disminución de las presiones de circulación

- Minimización de los atascamientos diferenciales de tuberías

- Estabilización de la pared del pozo

- Mejores trabajos de cementación

- Mejor interpretación de los registros eléctricos

- Menores problemas de torque y arrastre

- Mejor control reologico del fluido

- Disminución de los costos operacionales

- Menos daño a la formación

- Incremento de la productividad del pozo.

DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS

Las normativas API RP-13B-1 y 13B-2 describen los procedimientos para

determinar los ensayos físicos y químicos a los fluidos base agua y base

aceite. De estos ensayos, la densidad, el % de sólidos y líquidos y el MBT,

son los utilizados en el cálculo y análisis de sólidos.

Ensayos Físicos

La densidad y el porcentaje total de sólidos, son los dos ensayos físicos

utilizados en el cálculo y análisis de sólidos.

6

• Densidad : La densidad del fluido se determina con una balanza que

debe tener una precisión de ± 0.1 lpg. Esta balanza se calibra con

agua y el modelo mas utilizado en las operaciones es el siguiente:

Procedimientos: Los pasos a seguir para medir la densidad del fluido,

son los siguientes:

No

.

Pasos

1 Lavar y secar la balanza y colocarla sobre una superficie plana.2 Tomar la temperatura del fluido y registrarla3 Llenar la copa de la balanza con lodo, darle unos golpes a la

copa con la misma tapa y asentar la tapa con movimientos giratorios, permitiendo que salga exceso de lodo por el orificio de la tapa para liberar el aire o gas que haya quedado atrapado.

4 Tapar el orificio de la tapa con el dedo, lavar la balanza y colocarla sobre el soporte de la base.

5 Correr el cursor a lo largo del brazo hasta lograr que la burbuja se encuentre sobre la línea central.

6 Leer la densidad en el borde izquierdo del cursor y registrarla.

• % de Sólidos y Líquidos : Para determinar la cantidad de sólidos y

líquidos en un fluido de perforación se requiere el uso de un equipo

7

llamado retorta, con capacidades de 10, 20 o 50 cm³ y camisas

externas de calentamiento.

Funcionamiento: Esta consiste en colocar en una cámara de acero un

volumen determinado de muestra y calentarla hasta que los componentes

líquidos se evaporen. Estos vapores pasan a través de un condensador y

posteriormente son recogidos en forma liquida en un cilindro graduado. El

volumen líquido se mide en porcentaje y el resto de los sólidos,

suspendidos o disueltos, se determinan por diferencia.

Procedimiento: Para determinar el porcentaje de solidos y líquidos en

los fluidos de perforación, base agua o base aceite, se procede de la

siguiente manera:

N. Pasos1. Limpiar y secar el ensamblaje de la retorta y el condensador2. Tomar una muestra de fluido y esperar a que se enfrié a

temperatura ambiente3. Llenar la cámara inferior con muestra de fluido y en forma lenta,

para evitar que quede aire atrapado y en consecuencia obtener resultados erróneos. Como medida preventiva, golpee suavemente un lado de la cámara para sacar el aire.

4. Colocar la tapa sobre la cámara y mover en forma rotativa hasta que cierre completamente, asegurándose de que un pequeño exceso de fluido salga por el orificio de la tapa.

5. Limpiar el exceso de fluido.6. Colocar lana de acero en la cámara superior7. Aplicar lubricante para alta temperatura a las roscas de la cámara

inferior y luego conéctela al condensador de la retorta.8. Colocar el ensamblaje de la retorta en la camisa de calentamiento y

cierre la tapa aislante.9. Colocar un cilindro graduado, limpio y seco debajo del condensador10. Poner en funcionamiento la retorta hasta que la condensación

termine y espere unos diez minutos antes de retirar el cilindro graduado.Nota: Si parte del volumen del fluido pasa al cilindro graduado,

8

será necesario repetir la prueba11. Leer registrar el volumen total (agua y aceite) recuperado

Para los fluidos base aceite se debe continuar con los siguientes pasos:

12.Colocar el cilindro y un contrapeso en oposición al tubo contenedor de la centrifuga y ponerla a girar por dos minutos, a una velocidad aproximada de 1800 rpm

13. Registrar los volúmenes de aceite y agua recolectados.14. Calcular el porcentaje en volumen de aceite y agua con base al

volumen total líquido. Por diferencia se obtendrá el porcentaje en volumen de sólidos.Tanto los solidos suspendidos como los solidos disueltos serán retenidos en la retorta. Deben hacerse correcciones para el fluido con alto contenido de sal.

Ensayos Químicos

Prueba de azul de metileno (MBT): El MBT es un ensayo químico

utilizado para determinar la concentración total de sólidos reactivos

presentes en un fluido base agua.

Esta prueba se realiza, utilizando los siguientes materiales:

• Agua oxigenada (H2O2 al 3%)

• Acido sulfúrico (H2SO4 -5N)

• Solución de azul de metileno

• Papel filtro Whatman

• Frasco Erlenmeyer de 250 cc

• Pipeta de 10 cc

• Jeringa de 1.0 cc

• Calentador

• Varilla de agitación

Procedimiento:

9

N. Pasos1. Agregar 10 cc de agua destilada2. Agregar 1 cc de fluido3. Agregar 15 cc de agua oxigenada al 3%4. Agregar 0.5 cc de acido sulfúrico (5N)5. Hervir suavemente durante 10 minutos6. Completar hasta 50 cc con agua destilada7. Agregar ½ cc de azul de metileno y agitar durante unos 30 seg.8. Tomar una gota de líquido con la varilla de agitación y colocarla

sobre el papel filtro. Mantenga la varilla en posición vertical9. Calentar y repetir el paso siete hasta lograr obtener un punto

central azul rodeado de una aureola celeste10. Repetir el paso ocho para corroborar el punto final11. Registrar la cantidad de azul de metileno gastado

MÉTODOS DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS

Los sólidos perforados pueden ser removidos del sistema de circulación

por tamizado, asentamiento o mediante equipos mecánicos. El tamizado

consiste en la relación de partículas, mediante el uso de mallas de

diferentes mesh y el asentamiento en la precipitación de partículas, según

su gravedad y tamaño. Sin embargo, el control de sólidos se puede

resumir en dos mecanismos principales: químico y mecánico.

La remoción de sólidos ocurre en primera instancia por un proceso de

coladura o tamizado. Parte del porcentaje de solidos que pasa a través de

las mallas, precipita por gravedad en la trampa de arena, donde en

segunda instancia se remueven sólidos por asentamiento. A partir de este

momento, los solidos son removidos del sistema de circulación por un

proceso de centrifugación.

De los métodos de remoción de sólidos el método mecánico es, sin lugar a

dudas, el medio más eficiente y económico para solucionar un problema

de sólidos.

10

EQUIPOS MECÁNICOS DE CONTROL DE SÓLIDOS

Procesos de Remoción.

De los mecanismos que existen para controlar sólidos, el mecánico es, sin

duda alguna, el mas practico y económico, pero requiere de equipos

apropiados, instalaciones correctas y mantenimiento adecuado. Es

necesario que cada equipo sea instalado en la secuencia correcta; de lo

contrario, pierde eficiencia y en consecuencia los sólidos perforados no

son removidos sino que pasan de nuevo al sistema de circulación. En este

caso se fraccionan y se hacen cada vez más pequeños y por lo tanto

imposible de remover. Esta situación se evita, logrando que los equipos

de control de solidos funcionen con la máxima eficiencia desde el inicio de

la perforación, dado que el control de sólidos es preventivo y no curativo.

Secuencia de Instalación.

Los sólidos son removidos del sistema de circulación de acuerdo con su

tamaño, es decir de mayor a menor. Es por esta razón que los equipos

mecánicos deben ser instalados en secuencia, para que los sólidos no

descartados por un equipo sean removidos por el equipo que le precede.

En este sentido, los equipos básicos que integran el sistema de control de

sólidos en cualquier taladro o gabarra de perforación, deben ser

instalados en la siguiente secuencia: zaranda, desarenador, desilter y

centrifuga de decantación. Estos equipos, deben trabajar con la máxima

eficiencia para minimizar los problemas operacionales atribuidos al control

de sólidos. Es por ello que deben ser diseñados, instalados y mantenidos

adecuadamente por personal especializado.

ZARANDA (SHALE SHAKER)

11

La zaranda constituye el principal equipo que integra el sistema de control

de sólidos y de su eficiencia operacional depende fundamentalmente el

rendimiento del resto de los equipos. Es el único equipo que procesa todo

tipo de fluido, con o sin peso, y a diferencia de los hidrociclones y de las

centrifugas de decantación, separa partículas basándose en su tamaño.

La zaranda o shale shaker debe funcionar desde el inicio de la perforación

con máxima eficiencia para lograr:

• Máximo descarte de sólidos limpios y secos con mínima perdida de

fluido.

• Máxima recuperación de fluidos costosos.

• Mayor durabilidad y capacidad de procesamiento de las mallas.

• Mínimo daño a los equipos agua abajo.

• Reducir los gastos operacionales.

Este equipo, debe operar todo el caudal en circulación, no debe operar en

ningún momento con mallas rotas ni presentar fugas ni “bypass”. Debe

operar con mallas finas que no causen perdidas excesivas de fluido ni

sobrecarguen a los hidrociclones.

Las zarandas lineales son los equipos mas utilizados por la industria por

su mayor eficiencia operacional. Este tipo de zaranda trabaja con mallas

desde 50 hasta 250 mesh.

Es costumbre en el campo instalar mallas de diferentes tamaños en una

zaranda, por su puesto que esto es un error, ya que los sólidos

descartados por la malla fina, pasa al sistema de circulación a través de la

malla gruesa, pero por experiencia propia desde el inicio de la perforación

hasta que finaliza, hemos usado esta combinación por los derrames que

se presentan al aumentar el galonaje a medida que se profundiza; y de tal

12

manera que los sólidos que se van incorporando al sistema se van

sacando ya sea con el mud cleaner o centrifugas decantadoras.

Toda malla descarta, de acuerdo a su punto de corte, el 84% de los

sólidos cuyo tamaño sea igual o mayor al orificio de la malla. Por

consiguiente, el punto de corte de la malla fina es el que predomina en el

proceso de remoción de una zaranda.

La cantidad de zaranda que integran un sistema primario en los taladros y

gabarras de perforación, depende del caudal óptimo diseñado para

perforar el hoyo de mayor diámetro. Es importante también mantener una

buena distribución de flujo uniforme a la entrada del sistema para que

cada zaranda procese el mismo caudal.

Volumen de procesamiento y capacidad de separación

El volumen de fluido que puede procesar una zaranda y la capacidad de

separación de sólidos, depende principalmente de los siguientes

parámetros:

• Motores

• Fuerza “G”

• Retención de las mallas

Los motores: las características básicas de los motores de una zaranda

son: antiexplosivos, trifásicos 230/460, 60 Hz, de 2 a 3 HP, 1770 a 1800

RPM. La velocidad del motor es la que realmente influye en la capacidad

de procesamiento y separación de partículas en una zaranda lineal.

Fuerza “G”: es la fuerza relacionada con la capacidad que tiene la

zaranda para desplazar el fluido, los cortes sobre las mallas. Esta fuerza

depende del porcentaje de ajuste de las contra pesas o pesos excéntricos

13

colocados en los extremos de los motores y en otras de las RPM de los

motores.

• Amplitud y Emboladas: Se entiende por amplitud el recorrido de la

partícula desde su posición inicial hasta el punto de máximo

desplazamiento, y por embolada el doble de la amplitud. En el

movimiento circular, la amplitud es el radio del círculo y la

embolada es el diámetro, mientras que en el movimiento elíptico,

la embolada es el eje mayor de la elipse y la amplitud es la mitad de

la embolada.

Embolada Embolada

Amplitud Amplitud

Circular Elíptico

La embolada es un parámetro que permite describir el movimiento y la

dirección de las partículas sobre las mallas. La embolada se calcula

mediante una etiqueta o tarjeta que se coloca externamente sobre la

superficie de la canasta (deck). La vibración origina un círculo bien

definido que, conjuntamente con uno de los círculos de la tarjeta, toma la

figura de un ocho. La embolada corresponde al valor del círculo tocado y

14

la tangente entre los dos círculos indica la dirección de la partícula. Luego

ese valor se toma y se usa la siguiente formula:

Fuerza G = STROKE (EMBOLADA) X (RPM)²

70490

Retención de las Mallas: la tensión de las mallas influye notablemente en

su durabilidad y en la capacidad de separación de las partículas, esto

quiere decir que la falta de tensión aumenta las emboladas y en

consecuencia, lo que retarda la salida o el descarte de las partículas.

Las bajas vibraciones por falta de tensión causan altas emboladas que

facilitan la formación de una capa fina de fluido sobre las mallas, lo que

trae como consecuencia la disminución de la conductancia o

permeabilidad de las mallas.

Las altas emboladas observadas durante la perforación son una

demostración cualitativa del mal funcionamiento de una zaranda, razón

por la cual es imprescindible mantener constantemente el tensionamiento

de las mallas.

15

MALLAS (SCREEN)

La malla es uno de los componentes de la zaranda que tiene por función

el control de sólidos por tamizado, y su eficiencia depende de una

selección adecuada y del rendimiento del resto de los componentes de la

zaranda.

Para seleccionar la malla mas adecuada de una zaranda, se toman en

consideración varios parámetros, como:

• Caudal o tasa de bomba

• Densidad o peso del fluido

• Viscosidad plástica

• Diámetro del hoyo

• Tasa de penetración

• Tipo de formación

De todos estos parámetros, el caudal, el peso o la viscosidad plástica, son

los que realmente toman en consideración las empresas de servicio para

seleccionar las mallas de sus equipos.

Tamaño (Mesh): Este término se refiere a la cantidad de orificios que

tiene la malla por pulgada lineal.

Es obvio que una malla fina tiene más orificios que una malla gruesa y por

lo tanto, descarta más sólidos, pero tiende a durar menos. La malla

gruesa procesa mas volumen, dura mas, pero descarta menos solidos

indeseables.

NOTA: Después de seleccionar e instalar la malla se debe observar

continuamente su comportamiento real. El factor visual es muy

importante en estos casos. Por ejemplo, una bien seleccionada, instalada

en una zaranda donde todos sus componentes estén funcionando

16

adecuadamente, procesa por lo menos el 75% del caudal en circulación,

en otras palabras, permite que el fluido llegue a una distancia entre 30 a

45 cm de su extremo. Sin embargo, es posible que la malla pierda

capacidad de procesamiento a pesar de estar bien seleccionada. Cuando

esto sucede, se debe buscar la causa del problema y no recurrir al cambio

de continuo de mallas, como es costumbre de campo.

Punto de corte: Este término esta relacionado con la cantidad de

partículas descartadas por una malla, un hidrociclon y una centrifuga de

decantación, de acuerdo con un porcentaje establecido.

El punto de corte de un amalla generalmente se refiere al diámetro de su

orificio. Por ejemplo: una malla 210 tiene orificios de 98 µ y su punto de

corte es precisamente 98 µ, lo cual significa que esta malla descarta el

84% de las partículas mayores a 98µ, deja pasar el 16% de las partículas

menores de ese tamaño y descarta con seguridad el 50% de toda

partícula cuyo tamaño este alrededor de 98 micrones.

Es importante resaltar que el punto de corte no se refiere necesariamente

al descarte del 100% de las partículas mayores a dicho valor, por

ejemplo: un punto de corte de 20µ no remueve necesariamente el 100%

de las partículas mayores de 20µ. Pero, si descartara con seguridad el

50% de las partículas que estén alrededor de ese tamaño.

Conductancia: este termino esta relacionado con la permeabilidad de

una malla, es decir, con su capacidad de procesar fluido.

La conductancia disminuye:

• Al reparar las mallas con silicón o con tapones

• Por los soportes o rieles de sustentación que forman la durmiente

donde descansan las mallas.

17

Actualmente en el mercado se esta usando mucho más las mallas

piramidales por ofrecer sus múltiples ventajas, como son:

• Mayor área superficial

• Mayor capacidad de procesamiento

• Mayor y mejor distribución de los sólidos

• Mayor recuperación de volumen liquido

• Mayor porcentaje de descarte de sólidos secos

• Menor desgaste del tejido

• Menor posibilidad de taponamiento

• Menor efecto saltarín de los sólidos

En las mallas piramidales la fuerza de gravedad obliga a los solidos a

mantenerse en la parte baja de cresta, a lo largo de todo el panel.

Mientras que en las convencionales, los solidos forman una capa continua

sobre ellas que reduce el paso del fluido y disminuye, en consecuencia, su

permeabilidad o conductancia.

ANGULO DE INCLINACIÓN DE LAS ZARANDAS

Las zarandas lineales tienen ángulo positivo y negativo. La orientación

dependerá del tipo de formación. En arena se recomienda una inclinación

positiva entre 2º y 4º, y en arcilla una inclinación que puede variar entre

menos 2 a mas 2º.

En la mayoría de las veces cuando se tiene una inclinación mayor de 3º,

se acumulan sólidos formando una camada en la parte posterior de la

zaranda.

HIDROCICLONES

18

Un hidrociclon es un cono que separa sólidos por centrifugación. En su

mayoría se fabrican de poliuretano, material liviano y resistente a

temperaturas y abrasividad. Algunos están constituidos por una solo

pieza; otros se pueden dividir en dos o tres partes. Un hidrociclon o cono

es como se muestra a continuación:

Funcionamiento: El proceso de separación de partículas se lleva cabo de

la siguiente manera: el fluido entra al cono a presión y en forma

tangencial, choca contra un vértice y desarrolla una fuerza centrifuga, la

cual permite que las partículas de mayor tamaño y gravedad se separen

de la fase liquida y se peguen a la pared del cono, deslizándose hacia la

parte inferior por donde son descartados. Las partículas de menor tamaño

y gravedad toman el centro del cono y retorna al sistema de circulación

por la parte superior o línea de descarga, tal como se muestra en la

siguiente figura:

Salida (Fluido limpio)

Entrada .. . . .

Fluido con sólidos

.

19

. .

. .

. .

Capacidad de Procesamiento: la capacidad de procesamiento y la

presión trabajo de un hidrociclon dependen fundamentalmente de su

diámetro interno. La capacidad aumenta en la medida que aumenta el

diámetro interno del hidrociclon, mientras que la presión, suministrada

por la bomba centrifuga que alimenta a los hidrociclones, disminuye.

CONO (ID) 4” 5” 6” 8” 10” 12”

Capacidad(GPM)

50-75 70-80 100-150 150-250 400-500500-600

Presión(PSI) 30-40 30-40 30-40 25-35 20-30 20-30

Eficiencia Operacional: la eficiencia operacional de un hidrociclon

depende básicamente de:

• La concentración y tamaño de los sólidos

• Las propiedades reologicas del fluido, sobre todo la plástica

• Del porcentaje liquido emulsificado en la fase continua

Corriente de Aire

20

Esta eficiencia se determina cualitativamente por el tipo de descarga, que

puede ser: mecate, chorro, paraguas y rocío; y cuantitativamente,

mediante la aplicación de los métodos de remoción.

Punto de corte de los Hidrociclones: El punto de corte de un

hidrociclon incrementa en la medida que aumenta su diámetro interno, tal

y como se aprecia en la siguiente tabla:

4” 5” 6” 8” 10” 12”

15-20 20-25 25-30 30-40 30-40 40-60

El punto de corte de un hidrociclon también se incrementa en los

siguientes casos:

• Cuando se perfora con fluidos base aceite

• Cuando se incrementa la cantidad de partículas por falta de

remoción

Está demostrado que el punto de corte de un hidrociclon de 4” aumenta

de 20 a 70µ cuando se perfora con un fluido base aceite. Esto significa

que su eficiencia disminuye drásticamente dado que un porcentaje

aproximado del 84% de las partículas entre 20 y 70µ no es removido,

agravando la situación con el control de sólidos. El incremento de

partículas aumenta la viscosidad plástica y a su vez el punto de corte.

Cono Lavado: Los hidrociclónes son afectados por los sólidos y las altas

temperaturas. Cuando la superficie interna del cono muestra cierta

rugosidad, producto de la acción abrasiva de los sólidos, se dice que esta

lavado y por lo tanto debe ser reemplazado. Igualmente sucede con las

21

boquillas de descarga, deben ser sustituidas cuando pierden consistencia

por las altas temperaturas.

DESARENADOR.

Es un equipo de control de sólidos diseñado para remover arena. Este

aparato puede estar formado por uno, dos o tres conos, generalmente de

10 o 12” de diámetro interno, con punto de corte de 40µ.

Cada cono procesa aproximadamente 500 gal/min y debe estar en

capacidad de procesar el 125% del volumen total en circulación.

La cantidad de conos que integran un desarenador se toma con base al

caudal máximo a usar durante la perforación del hoyo superficial, y es por

ello que la mayoría de los taladros tienen instalados desarenadotes de dos

conos.

DESILTER

Es un equipo de control de sólidos diseñado para remover sedimento,

partículas entre 2 y 74µ. Su capacidad de procesamiento depende del

22

tamaño y cantidad de conos que lo integran. Generalmente tiene varios

conos de 4” que manejan aproximadamente 50 gal/min c/u, con punto de

corte de 20µ. Un desilter de 10 conos de 4” procesa aproximadamente

500 gal/min, y esta en capacidad de manejar el 150% del volumen total.

LIMPIADOR DE LODO O MUD CLEANER

El limpiador de lodo o mud cleaner es un equipo de control de sólidos que

combina desilter, desander con una malla fina.

La función básica de un limpiador de lodo consiste en hacer pasar a través

de la malla fina, generalmente de 210 mesh en adelante, la descarga

inferior del desilter y/o desander, recuperar barita, carbonato y descartar

los sólidos perforados. Este procedimiento permite mantener libre de

impurezas al fluido, sin perder densidad.

Cuando se trabajo con un mud cleaner es de suma importancia conocer la

potencia del motor de la bomba centrifuga que alimenta tanto al desilter

23

como al desander, ya que sobrepasar la relación de “4 veces la densidad

del fluido, podría causar problemas de sobrecalentamiento y dañar el

motor.

Este equipo conocido como tres en uno, opera como una sola unidad

integrada por un desarenador y un desilter montados sobre una zaranda

lineal. Esta combinación ahorra espacio, sobre todo en las gabarras de

perforación.

Este equipo tiene una gran capacidad de procesamiento y se utiliza

frecuentemente, tanto en el proceso de recuperación de fases liquidas

costosas y descarte de sólidos indeseables, como en el proceso de

solidificación de sólidos.

BOMBAS CENTRIFUGAS

Es un equipo provisto de un impeler o rotor, un eje y una cubierta

(carcaza), que descarga fluido por fuerza centrifuga. La descarga de una

bomba centrifuga depende básicamente del diámetro del impeler, el cual

puede variar, en algún tipo de bomba, entre 8-1/2” y 13-1/4”. Las que se

usan en el campo son como se muestra a continuación:

24

Función de las Bombas Centrifugas: Las bombas centrifugas son

utilizadas en los taladros de perforación para alimentar a los

desarenadotes y desilter. La que alimenta al desarenador succiona del

compartimiento del tanque donde llega el fluido después de pasar por las

zarandas y la que alimenta al desilter succiona del compartimiento donde

descarga el desarenador. Tanto la succión como la descarga deben estar

formadas por líneas rectas, para minimizar la perdida de presión por

fricción. La longitud de estas líneas no debe ser mayor a tres veces su

diámetro; es decir, para una bomba de 6”x5”, la succión debe ser menor

de 18’ (6x3=18) y la descarga menor de 15’ (5x3=15).

Para evitar problemas de sedimentación o erosión que afecten

considerablemente el impeler de las bombas centrifugas, y en

consecuencia el caudal y la presión, se requieren velocidades mínimas de

flujo de 4 pies/seg en la succión y 10 pies/seg, en la descarga.

Carga: La carga de una bomba centrifuga se relaciona con la altura

alcanzada por el fluido en tubo vertical abierto, es independiente del fluido

bombeado y depende la geometría del casco de la bomba, del diámetro

del impeler y de la velocidad de rotación. En conclusión: la carga es

función de la altura y la presión es función del peso del fluido.

25

La mayoría de los hidrociclones están diseñados para trabajar con 75 pies

de carga y con una presión de más o menos cuatro veces la densidad del

fluido, es decir:

Presión = 0.052xWxH= 0.052xWx75 = a ± 4W

En la tabla mostrada a continuación, se puede notar la variación de la

presión de una bomba centrifuga, según la carga y el peso del fluido:

PresiónPeso (Lb/gal)

8.5 9.0 9.5 10.0 10.530 68 64 61 58 5535 79 75 71 67 6440 91 86 81 77 7345 102 96 91 86 6250 113 107 101 96 92

Efecto de la carga sobre la presión, caudal y punto de corte de un

cono:

Es un hecho que la presión de trabajo y la capacidad de procesamiento de

un hidrociclon disminuye al bajar la carga, pero el punto de corte

aumenta, lo cual reduce en forma notable la remoción de partículas finas.

En la siguiente tabla se pude confirmar lo anteriormente dicho:

Presión (Psi) Carga (Pies)Punto de corte

D 50%

Tasa de flujo

(GPM)58 128 16 6540 88 18 5417 38 25 35

26

Características principales de las bombas centrifugas:

En la siguiente tabla se muestra las características de algunas bombas

centrifugas usadas por la industria en taladros de perforación:

Tamañ

o

Descarg

a

Succió

nEje

Rango máximo de

TrabajoCarga

Diámetro

Del

Impeler

Caudal

(GPM)

Altur

a

(Pies)

Presión

(PSI)

1”x1-1/2” 1” 1-1/2” 1-1/8” 8-1/2” 10-140 335 1451-1/2”x2” 1-1/2” 2” 1-1/8” 8-1/2” 20-225 325 140

2”x3” 2” 3” 1-1/8” 8-1/2” 40-450 325 1403”x2” 2” 3” 1-7/8” 13” 50-450 360 1553”x4” 3” 4” 1-7/8” 13” 100-600 355 1534”x5” 4” 5” 1-7/8” 12” 200-800 178 775”x6” 5” 6” 1-7/8” 12” 400-1200 172 746”x8” 6” 8” 1-7/8” 13-1/4” 400-1600 200 86

CENTRIFUGA DE DECANTACIÓN

Una centrifuga de decantación es un equipo de control de sólidos que

remueve sólidos por centrifugación. Está conformado por un tambor

(bowl) de acero inoxidable y un transportador o tornillo helicoidal con

27

doble conexión (screw conveyor) que gira en diferente dirección al bowl y

a una velocidad ligeramente menor.

Funcionamiento:

El fluido entra por el lado de la descarga sólida, cuando este fluido entra

debido a las rpm que va girando el bowl, se genera internamente una

fuerza centrifuga, la cual lo experimenta el fluido, lo que permite separar

la fase sólida de la liquida. El conveyor que se encuentra adentro arrastra

todos los sólidos que se pegan en la pared del bowl y la fase liquida va

saliendo por las boquillas del otro extremo del bowl.

Estado de humedad y sequedad de los sólidos:

El estado de humedad y sequedad de los solidos descartados por una

centrífuga de decantación se puede lograr mediante el cambio de las rpm

del bowl. Al aumentar la velocidad, los solidos salen más secos. Porque

disminuye la cantidad de solidos que permanecen sedimentados en la

pared del tambor, pero al bajar las rpm, los sólidos salen mas húmedos.

15.3 Fuerza “G”

La fuerza “G” de una centrifuga es función solo de las rpm de bowl y se

calcula mediante la siguiente ecuación:

G = (RPM bowl)² (.0000142) (Ø bowl en plg)

Una mayor velocidad del bowl genera una alta fuerza “G” y acelera el

proceso de sedimentación. Esto da como resultado:

• Descarga liquida mas limpia

28

• Sólidos mas secos

• Mayor fuerza de deslizamiento

TIPOS DE CENTRIFUGAS

En perforación se utilizan por lo general dos tipos de centrifugas: una de

baja revoluciones, para recuperar barita y otra de alta para descartar

sólidos cercanos al tamaño coloidal (2-5µ). Estas centrifugas se colocan

en secuencia y pueden operar independientemente o en serie.

Centrifuga de Baja

Esta centrifuga trabaja a ± 1800 RPM, desarrolla

una fuerza “G” de ± 1000, con punto de corte de

5µ. Procesa de 10 a 30 GPM, con un factor de

dilución de 2 a 6 GPM, dependiendo del peso y

viscosidad del fluido. A mayor peso, la capacidad de

procesamiento de la centrifuga es menor.

Este tipo de centrifuga descarta aproximadamente

el 40% o mas del fluido procesado, porque mas o

menos un 25% de la barita, antes de entrar en

circulación, tiene un tamaño de 6µ, el cual se

reduce a 5µ una vez que entra en circulación.

Centrifuga de Alta

Esta centrifuga trabaja a ± 3400 RPM, desarrolla

una fuerza “G” de ± 3000, con punto de corte de

2µ. Procesa de 40 a 90 GPM, dependiendo, por

supuesto, del peso del fluido. No usa dilución, salvo

cuando el fluido tenga alta viscosidad.

29

Al perforar con fluido densificado o no, es decir,

con o sin barita, carbonato, se recomienda tener

disponible una centrifuga de alta, para solventar

problemas de floculación causados por sólidos ultra

finos. Este problema es grave, sobre todo cuando

se perfora con fluido pesado

Centrifugas de alto

Volumen

Estas centrifugas pueden procesar caudales entre

250 y 300 GPM, con densidad de 9 lb/gal y se

utilizan normalmente para tratar fosas de desecho

en control ambiental.

Centrifuga secadora

Actualmente se usan centrifugas secadoras

compactas que carecen de vibración y funcionan

con mallas de diferentes tamaños. Este tipo de

centrifuga trabaja normalmente a 1100 RPM y tiene

la ventaja de recuperar mas del 50% del fluido

tratado.

Tasa de Flujo.

La tasa de flujo procesada por una centrifuga debe ser igual al caudal de

alimentación, pues de lo contrario se originan problemas de

taponamiento.

Caudal procesado según el peso del fluido.

30

Para lograr las ventajas que ofrecen las centrifugas como equipo de

control de sólidos, es imprescindible ponerlas a trabajar con su capacidad

real de procesamiento.

En la siguiente tabla se observan los caudales procesados por diferentes

tipos de centrifugas, de acuerdo a la densidad del fluido:

DensidadCentrifuga

Baja Alta Alto Volumen8.5 40 90 -9.0 38 75 2509.5 - 65 20010.0 36 60 15011.0 34 40 -12.0 31 - -13.0 27 - -14.0 23 - -15.0 20 - -16.0 17 - -17.0 13 - -18.0 10 - -19.0 8 - -20.0 7 - -

DESGASIFICADOR

Este equipo, aunque no forma parte de los equipos de control de

sólidos, ayuda a mejorar su eficiencia al remover el gas del fluido cuando

esta presente. Este debe procesar un volumen mayor al de la tasa de

bombeo para evitar la recirculación del gas y debe succionar del

compartimiento continuo a la trampa de arena y descargar en el siguiente

compartimiento. Es recomendable mantenerlo en funcionamiento

31

mientras se obtiene el fondo arriba, para remover el posible gas de viaje o

de conexión.

El gas disminuye considerablemente la densidad del fluido y afecta, por

cavitacion las bombas de lodo y las centrifugas que alimentan a los

hidrociclones. Cuando hay problemas con gas, es recomendable bajar la

reologia del fluido para facilitar el desprendimiento de las burbujas, y

mejorar de esta manera la eficiencia del desgasificador.

Una manera de verificar la eficiencia de un desgasificador es pesando el

fluido en la succión y descarga del equipo, de manera que si la diferencia

de densidad es mínima, indica baja eficiencia y si es alta, todo lo

contrario.

CONCLUSIÓN

32

Desde el punto de vista del aprendizaje y mejoramiento continuo que se

puedan establecer en una empresa; este manual tiene como finalidad y

objetivo principal, el llevar a cabo a través de todos los trabajadores el

cumplimiento que establece la Política de Calidad, como es el

adiestramiento continuo a través de las normas de calidad ISO 9000.

Este manual tiene una serie de conocimientos teóricos de control de

sólidos que ayudan al técnico a mejorar su capacidad de servicio en el

campo laboral, así como también están contemplados las gamas de

equipos que poseen diferentes compañías diseñadoras de Equipos de

Control de sólidos a nivel Internacional, que ayudan a reconocer y estar

informado de la actualidad y la alta tecnología que poseen.

33

34

35

1