apilcaciones de quimica en fluidos de perforacion de pozos (pdf)

Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros

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1 - INTRODUCCION A FLUIDOS DE PERFORACION

1-1 INTRODUCCION

El Fluido de Perforación, es uno de los componentes principales usados en un taladro.

Su principal función es servir de soporte al sistema de rotación en la perforación de un

pozo, retirando del fondo los fragmentos de roca cortados por la mecha.

Se bombea por dentro de la tubería de perforación y debido a la presión a que es

sometido sale por los orificios laterales de la mecha y regresa a la superficie por el

espacio anular libre, entre la tubería de perforación y las paredes del hoyo.

El fluido de perforación o lodo como comúnmente se le llama es un fluido, de

características físico – químicas apropiadas, que puede ser aire o gas, agua, petróleo

y combinaciones de agua y aceite con diferentes contenidos de sólidos. No debe ser

tóxico (ambientalmente amigable), corrosivo ni inflamable pero sí inerte a las

contaminaciones de sales solubles o minerales, y además, estable a las temperaturas.

Debe mantener sus propiedades según las exigencias de las operaciones y debe ser

inmune al desarrollo de bacterias.

Las propiedades del Fluido deben ser determinadas por distintos ensayos y es

responsabilidad del especialista en lodos comparar las propiedades a la entrada y

salida del hoyo para realizar los ajustes necesarios.


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1-2 FUNCIONES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

El propósito fundamental del lodo es ayudar a hacer rápida y segura la perforación,

mediante el cumplimiento de ciertas funciones:

1-2.1 Suspensión de partículas cuando se detiene la circulación

Cuando se detiene la perforación, los recortes suspendidos en el fluido pueden caer al

fondo del pozo, atascando la mecha. Los fluidos de perforación están diseñados para

evitar que los sólidos decanten. Cuando el fluido se detiene, se forma un gel que

mantiene en suspensión los recortes. Cuando el fluido comienza a fluir nuevamente,

vuelve a su estado previo, es decir, se torna líquido.

1-2.2 Control de presiones subterráneas

El agua, el gas y el petróleo que se encuentran en el subsuelo están bajo gran presión.

Esta presión debe ser sobre balanceada para evitar un flujo incontrolado de esos

fluidos de formación en el interior del pozo. El control se logra manteniendo una

presión hidrostática suficiente en el anular. La presión hidrostática es directamente

proporcional a la densidad del lodo y a la altura de la columna del lodo. Se debe

alcanzar un equilibrio apropiado en el que la presión del fluido de perforación contra

las paredes del hueco sea suficiente para contrarrestar la presión que ejercen las

formaciones y el petróleo o gas, pero que no sea tan fuerte que dañe el pozo. Si el

peso del fluido de perforación es muy grande, podría causar la fractura de la roca y el

fluido de perforación se perdería en la tierra.

La presión de un líquido depende de su densidad. Se pueden agregar agentes para

aumentar el peso del fluido de perforación con el fin de aumentar su densidad, y por lo


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tanto, la presión que ejerce en las paredes del hueco. La densidad del líquido puede

ajustarse para satisfacer las condiciones del pozo.

1-2.3 Transporte de recortes de perforación

Los recortes y los derrumbes son más pesados que el lodo. Por lo tanto, al mismo

tiempo que el flujo del lodo en el anular los empuja hacia arriba, están sometidos a la

fuerza de gravedad, que tiende a hacerlos caer hacia el fondo del pozo. La velocidad

con las que esas partículas caen a través del lodo fluente depende principalmente de

la densidad y viscosidad del fluido y del tamaño, forma y densidad de las partículas.

Dado que el fluido en el espacio anular circula hacia arriba, la velocidad a que las

partículas son elevadas es la diferencia entre la velocidad anular y la velocidad de

caída de los recortes y derrumbes.

Si el pozo no se limpia en forma apropiada, el material sólido se acumulará en el

espacio anular causando un aumento en la torsión, el arrastre, y en la presión

hidrostática.

Esta acumulación de sólidos en el anular puede traer como consecuencias: falla de la

tubería, tubería aprisionada, velocidad reducida de penetración y pérdida de

circulación. Ver Fig. 1-1


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Fig. 1-1 Transporte de ripios de perforación.

1-2.4 Enfriamiento y lubricación de la mecha y la sarta de perforación

La fricción originada por el contacto de la mecha y la sarta de perforación con las

formaciones, genera calor. El lodo debe absorber ese calor y conducirlo hacia la

superficie. Cualquier lodo líquido desempeñará esa función al circular.

El fluido de perforación también ejerce un efecto lubricante para la mecha, para la

sarta y el revestimiento durante el proceso de perforación. A veces se añaden

materiales especiales al lodo para mejorar sus propiedades lubricantes. Entre los

posibles beneficios se cuenta una vida mas prolongada de la mecha, una torsión y

arrastres disminuidos, una menor presión de bombeo y menor desgaste por fricción en

la sarta y en el revestimiento.

La lubricación puede ser de especial importancia en pozos horizontales o de alcance

extendido en los que la fricción entre la tubería de perforación, la mecha y la superficie

de la roca debe mantenerse al mínimo.


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1-2.5 Cubrir la pared del hoyo con un revoque liso, delgado, flexible e impermeable

El revoque que posee estas características ayuda a minimizar los problemas de

derrumbes y atascamiento de la tubería o su adhesión a la pared del hoyo. Este tipo

de revoque protege la formación de la invasión de fluido y a su vez ayuda a las

operaciones de perforación.

1-2.6 Soportar, por flotación, parte del peso de la sarta de perforación y de la tubería de revestimiento, durante su inserción en el hoyo

El peso de la sarta de perforación y de la tubería de revestimiento en el lodo , es igual

a su peso en el aire multiplicado por el factor de flotación. A medida que aumenta el

peso del lodo disminuye el peso de la tubería. La inmersión de la tubería de

perforación en el fluido produce un efecto de flotación, lo que reduce su peso,

ejerciendo menor esfuerzo en el mecanismo de perforación.

1-2.7 Mantener en sitio y estabilizada la pared del hoyo, evitando derrumbes

Además de estabilizar la pared del hoyo para evitar derrumbes, el lodo debe ofrecer

máxima protección para no dañar ninguna formación productiva durante la perforación.

Es prioritario mantener estable la formación de roca expuesta mientras se evita la

pérdida de fluido de perforación. Al mantener la presión del fluido de perforación por

encima de la presión de fluido del poro de la formación, hay una tendencia natural a

que el fluido penetre la roca permeable en la formación. El uso de aditivos especiales

en el fluido de perforación puede evitar esto.


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1-2.8 Transmisión de energía hidráulica

Durante la circulación, el lodo es expulsado a través de las boquillas de la mecha a

gran velocidad. Esta fuerza hidráulica hace que la superficie por debajo de la mecha

este libre de recortes. Si no se remueven de allí los recortes, estos son pretriturados

por la mecha lo que reduce la velocidad de penetración. La remoción eficiente de los

recortes que se forman en la superficie de la mecha depende de las propiedades

físicas del lodo y de su velocidad al salir por las boquillas. Fig. 1-2

Fig. 1-2 Fuerza hidráulica en las boquillas de la mecha.


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En situaciones especiales la fuerza hidráulica del lodo se emplea también para hacer

girar la mecha. La mecha está conectada a un motor hidráulico en el fondo del pozo; el

conjunto está a su vez fijo al extremo inferior de la sarta. Este método se utiliza a

menudo para lograr una perforación direccional. Fig. 1-3

Fig. 1-3 Fuerza hidráulica en el motor para la perforación direccional.

1-2.9 Medio para perfilajes de cable

Si bien el lodo perturba las características originales de las formaciones, su presencia

es necesaria para realizar muchos de los perfiles de cable que se emplean para la

evaluación de la formación. La utilización de esos perfiles requiere que el lodo sea

buen conductor de la electricidad y que presente propiedades eléctricas diferentes de

las de los fluidos de la formación.


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Además de las funciones mencionadas, el fluido de perforación debe ser capaz de

minimizar los siguientes efectos colaterales:

• Daño a las formaciones subterráneas, especialmente a las que pueden ser

productivas.

• Corrosión de la sarta y del revestimiento.

• Reducción de la velocidad de penetración.

• Problemas de presiones de succión, de pistón y de presión de circulación.

• Pérdida de circulación

• Pegamiento de la sarta contra las paredes del pozo.

• Erosión de la superficie interna del pozo.

• Desgaste de las partes de las bombas.

• Contaminación con las lechadas de cemento.

• Contaminación del ambiente natural.

1-3 COMPONENTES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

La composición de los fluidos dependerá de las exigencias de cada operación de

perforación en particular. La perforación debe hacerse atravesando diferentes tipos de

formaciones, que a la vez, pueden requerir diferentes tipos de fluidos. Por

consiguiente, es lógico esperar que varias mejoras sean necesarias efectuarle al fluido

para enfrentar las distintas condiciones que se encuentran a medida que la perforación

se hace cada vez mas profunda en búsqueda de petróleo.

En algunas áreas se puede iniciar la perforación con agua y arcilla de formación,

creando así un lodo razonablemente bueno. En otras áreas pueden encontrarse

formaciones como calizas, arenas o gravas que no forman lodo. Bajo tales casos será


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necesario agregar arcillas comerciales para suspender el densificante, aumentar la

capacidad de acarreo y controlar la pérdida de agua.

En su gran mayoría los lodos de perforación son de base acuosa, donde la fase

continua es el agua. Sin embargo, en términos generales, los lodos de perforación se

componen de dos fases: liquida y sólida.

1-3.1 Fase liquida

Agua Dulce:

El agua es un fluido newtoniano ideal para perforar zonas de bajas presiones. Es

económica, abundante, no requiere tratamiento químico, provee el mejor líquido en el

uso de los métodos de evaluación de formaciones y resulta mejor dispersante químico

para controlar sólidos por dilución. Cuando contienen calcio y/o magnesio se le conoce

con el nombre de agua dura. Estos iones disminuyen el rendimiento de las arcillas y

alteran el comportamiento reológico del lodo. Por tal razón, es conveniente determinar

la dureza del agua antes de iniciar la preparación del lodo y proceder, en caso

necesario, a pretratarla con soda ash para precipitar estos contaminantes.

Agua Salada:

Generalmente se usan lodos parcialmente saturados de sal cuando se perfora costa

afuera debido a la abundancia de agua salada. El agua de mar contiene

aproximadamente 19000 mg/L de Cl, 400 mg/L de Ca y 1300 mg/L de Mg.

El agua que contenga cualquier concentración de sal, puede ser saturada agregándole

más sal. El agua saturada contiene alrededor de 310.000 mg/L de cloruro de sodio


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(NaCl) y pesa aproximadamente 10 lbm/gal. Se requiere aproximadamente 109 lbm/bl

de sal para saturar el agua dulce.

Es aconsejable el uso de lodo saturado de sal cuando se estén penetrando secciones

salinas o cuando se requiere mantener el ensanchamiento del hoyo al mínimo.

Aceite:

El aceite se puede usar en fase continua para:

• Mejorar la estabilidad del hoyo al mantener las arcillas reactivas inertes.

• Minimizar el atascamiento de la tubería al dar mayor lubricidad.

• Perforar zonas de altas temperaturas.

• Es reutilizable.

En la fase dispersa se usa para:

• Mejorar la lubricidad del lodo. Esto es posible siempre y cuando el aceite

permanezca suspendido en forma de pequeñas gotas.

• Disminuir el filtrado API. En este caso el aceite deberá estar completamente

emulsionado.

• Minimizar los problemas de torque y arrastre.

• Aportar estabilidad térmica a los fluidos base agua.


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1-3.2. Fase sólida

Sólidos Inertes Deseables:

Son sólidos no reactivos de alta gravedad especifica que sirven para darle peso al

lodo, tales como: sulfato de bario (Barita, baritina), óxido de hierro (Hematita, orimatita,

fer-o-bar), sulfuro de plomo (Galena), carbonato de calcio.

Sólidos Inertes Indeseables:

Son sólidos perforados como arena, caliza, sílice, dolomita. Este tipo de sólido debe

ser removido del lodo tan pronto y eficientemente como sea posible.

La arena es extremadamente abrasiva y si es recirculada a través del sistema de lodo,

causará daños a los pistones y cilindros de las bombas.

Por esta razón, es de suma importancia tratar de mantenerla a la salida de la línea de

flujo en un porcentaje no mayor de 0,5 en volumen y en el tanque de succión en

trazas.

Sólidos Reactivos:

Son sólidos arcillosos que poseen cargas eléctricas. Se pueden agregar al lodo o ser

incorporados de la formación. Entre los agregados están los comerciales (Bentonita) y

entre los incorporados las arcillas de formación tipo gumbo. Los sólidos arcillosos son

coloide que pueden ser removidos del lodo mediante la utilización de una centrífuga de

alta velocidad.


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A continuación se muestran algunos aditivos para los fluidos de perforación:

Función Aditivo Químico Aditivo Químico Fluido Base Agua Fuido Base Aceite 1. Densificante Incrementar de la densidad Barita Barita del fluido Orimatita Orimatita Sales Sales Carbonatos de calcio: Carbonatos de calcio: -Dolomita -Dolomita -Calcita -Calcita 2. Viscosificante Mejorar la habilidad de los Bentonita Arcilla organofilica fluidos para remover los Atapulgita cortes del hoyo y mantener CMC en suspensión los sólidos Goma xanthan HEC 3. Control de filtrado Reducir el volumen del filtrado Controladores mecánicos: Lignito organofilico que el fluido pierde a la forma- - Asfaltos Controlador mecánico: ción, debido al efecto de la - Lignito procesado - Asfaltos presión diferencial y a la con aminas permeabilidad de las formacio- Arcillas: nes -Bentonita Polímeros: -Almidones -CMC -Poliacrilato de sodio -Celulosicos polianiónico -Adelgazantes


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Función Aditivo Químico Aditivo Químico Fluido Base Agua Fuido Base Aceite 4. Control reológico Controlar la reología actuando Taninos Modificadores reológicos como dispersante de los sólidos Silicatos y fosfatos Geles orgánicos por neutralización de las cargas, Lignitos Polímeros sintéticos disminuyendo, además, la perdi- Lignosulfonatos Surfactantes da de filtrado. Modificadores reológicos Aceite Mineral 5. Material alcalino y control de pH Mantener un rango apropiado de Soda cáustica Cal pH para asegurar el buen funcio- Cal namiento de los otros aditivos Potasa cáustica Oxido de magnesio 6. Agentes surfactantes Modificar la tensión interfacial Emulsificantes (aceite/agua) Humectante (aeite/arcilla) entre sólido/agua, aceite/agua, Espumantes (agua/aire) Emulsificantes (aceite/agua) agua/aire y otras Lubricantes (acero/agua) Anticorrosivos (acero/agua) Dispersantes (arcilla/agua) Humectante (aeite/arcilla)


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Funcion Aditivo Químico Aditivo Químico Fluido Base Agua Fuido Base Aceite 7. Material de perdida de circu- lación Zona no productora Zona no productora Minimizar o controlar las perdi- -Fibra celulosica -Fibra celulosica das de fluido en las operaciones - Cáscara de nuez - Cáscara de nuez de perforación -Concha de coco -Concha de coco -Mica gruesa y fina -Mica gruesa y fina Zona productora Zona productora -Carbonato de calcio -Carbonato de calcio -Sales -Sales -Geles -Geles 8. Materiales lubricantes Reducir el arrastre y el torque Aceite mineral, animal o en las operaciones de perfora- vegetal ción Surfactantes Alcoholes Grafito Gilsonita Polímeros: Lubricantes mecánicos -Esferas de vidrio -Asfaltos 9. Materiales floculantes Producir la floculación de los Sales Cal hidratada sólidos en el sistema para Cal hidratada ayudar a la remoción de estos Polímeros sintéticos en la superficie Poliacrilamidas Goma guar Goma xantica Polímeros acrílicos Yeso


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Función Aditivo Químico Aditivo Químico Fluido Base Agua Fuido Base Aceite 10. Estabilizadores de lutitas Evitar el hinchamiento de las luti- Polímeros naturales o Cloruro de calcio tas sensibles al agua. La hidrata- sintéticos de alto peso Polímeros naturales o ción y el alivio de las tensiones, molecular sintéticos de alto peso contribuyen a la inestabilidad y Asfaltos molecular derrumbe del hoyo. Cloruro de potasio Asfaltos Glicoles Aceite mineral Cloruro de calcio Glicoles Cal/yeso Base aluminio Aminas 11. Protección contra la Corrosión Eliminar los agentes corrosivos y/o Sales solubles de sulfito y proteger los equipos que constitu- cromatos yen el sistema de circulación con Zinc una capa protectora contra la co- Cal rrosión 12. Inhibidores de precipitados Reducir la formación de Polímeros de bajo peso Precipitados molecular Fosfonatos 13. Precipitantes Remover componentes solubles, Cal/yeso mediante reacciones que los Carbonatos convierten en precipitados Soda ash insolubles Bicarbonato de sodio SAPP


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1-4 TIPOS DE FLUIDOS DE PERFORACION

Los Fluidos de Perforación líquidos por lo general son preparados:

1-4.1 Base Agua

1-4.2 Base Aceite

1-4.3 Base Sintéticos

1-4.1 Fluidos base agua

En las operaciones de perforación, se usan muchos tipos diferentes de sistemas de

fluidos de perforación base agua. Estos lodos de perforación generalmente son

convertidos en sistemas más complejos a medida que la profundidad y la temperatura

y/o presión del pozo aumentan. Ellos se pueden clasificar en una de las siguientes

categorías:

• Sistemas base agua-arcilla no densificados.

• Sistemas base agua-arcilla densificados y desfloculados.

• Sistemas base agua-arcilla desfloculados, densificados y tratados con calcio.

• Sistemas de agua salada.

• Sistemas inhibidos a base de potasio.

• Sistemas desfloculados de Alta Temperatura, Alta Presión (ATAP).

• Sistemas de polímeros ATAP.

• Sistemas de polímeros encapsuladores.

• Sistemas de polímeros catiónicos.

• Sistemas base arcilla extendidos o floculados.

• Sistemas mejorados con poliglicol.

• Sistemas inhibidos a base de silicato.


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1-4.2 Fluidos base aceite

Los lodos base aceite deberían ser usados cuando las condiciones justifican su

aplicación. Los asuntos de aceptabilidad ambiental, eliminación, costo de preparación

inicial, costo de mantenimiento diario, problemas anticipados del pozo, evaluación de

la formación y daños a la formación deberían ser considerados.

Los lodos base aceite ofrecen ciertas ventajas económicas cuando se usan para:

• Lutitas problemáticas.

• Zonas de sal, anhidrita, carnalita y potasa.

• Pozos profundos y calientes.

• Perforación y extracción de núcleos en zonas productivas sensibles.

• Proyectos de perforación de alcance extendido.

• Pozos direccionales difíciles.

• Perforación de pozos de diámetro reducido.

• Control de corrosión.

• Formaciones que contienen sulfuro de hidrógeno (H2S) y dióxido de carbono

(CO2).

• Fluidos de perforación y completación.

• Obturador de la tubería de revestimiento o fluidos de empaque.

• Fluidos de rehabilitación.

• Colocación de fluidos para soltar la tubería pegada.

Los lodos base aceite se pueden clasificar en:

• Emulsiones inversas

• Sistemas 100% aceite


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1-4.3. Lodos base sintéticos

A principios de la década de los ochenta, se hicieron esfuerzos para reducir el impacto

sobre el medio ambiente de los lodos base aceite, mediante la sustitución del aceite

diesel por productos petroleros más refinados, llamados aceites minerales, como fluido

base en los lodos base aceite de emulsión inversa. Los lodos preparados con estos

aceites más refinados eran menos tóxicos que los lodos preparados con aceite diesel,

pero muchos aún contenían suficientes compuestos aromáticos para ser inaceptables

desde el punto de vista ambiental y no se degradaban rápidamente.

En marzo de 1990, en el sector noruego del Mar del Norte, se usó un lodo preparado

con un fluido base sintético (SBM) (un éster), el cual constituía el primer producto de

sustitución de estos fluidos de perforación a base de aceite mineral que era aceptable

desde el punto de vista ambiental. Otros lodos base sintético aparecieron poco tiempo

después. Un lodo base sintético a base de éter fue usado costa afuera de Noruega,

más tarde en 1990. La primera polialfaolefina (PAO) fue usada en mayo de 1991.

Otros fluidos base sintético fueron introducidos en la industria en el siguiente orden:

alquilbenceno lineal (LAB), acetal, alfaolefinas lineales (LAO), olefinas internas (IO) y

parafinas lineales (LP).

Debido a la evolución constante del mercado, se considera que la industria ya ha

pasado a usar como mínimo la segunda generación de fluidos base sintético. El límite

que separa los SBM de primera generación de los SBM de segunda generación está

generalmente definido por el costo y la viscosidad cinemática del líquido base

sintético. Típicamente, los lodos base sintético de segunda generación son menos

costosos y menos viscosos que los de la primera generación.


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2. ANÁLISIS DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN 2-1 ANÁLISIS FÍSICOS DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN 2-1.1 Densidad del Fluido (Peso del Lodo).

Una de las funciones principales del fluido de perforación es controlar las presiones de

formación. Esta función la ejerce el fluido de perforación haciendo uso de su densidad

o peso el cual es transformado en presión hidrostática en base a la longitud vertical de

su columna dentro del pozo, compensando de esta manera la presión ejercida por la

formación. La determinación de la densidad o peso del fluido se hace de la manera

siguiente:

Equipos a) Se puede utilizar cualquier instrumento con una precisión de ± 0,1 lbm/gal o ± 0,5

lbm/pie3, (± 0,01 g/mL), como el indicado en la Fig. 2-1

b) Termómetro: 32 – 220 °F (0 – 105 °C)

Fig. 2-1 Balanza de lodo


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Calibración

Calibre el instrumento frecuentemente, utilizando agua dulce, la cual deberá arrojar

una lectura de 8,33 libras por galón o 62,3 libras por pie cúbico (1000 kilogramos

por metro cúbico) a 70 °F (21 °C). Si no es así, ajuste el tornillo de la balanza o la

cantidad de perdigones de plomo utilizados en el extremo del brazo graduado, según

se requiera.

Procedimiento 1. La base del instrumento debe estar asentada sobre una superficie uniforme.

2. Mida la temperatura del fluido y regístrela en la planilla del Informe de Fluidos de

Perforación.

3. Llene la taza, que deberá estar limpia y seca, con el fluido a ser sometido a prueba.

Ahora tape la taza llena y gire la tapa hasta que quede bien asentada. Asegúrese

de que parte del fluido sea expulsado a través del orificio en la tapa, para así poder

liberar el aire o gas que haya quedado atrapado.

4. Manteniendo firmemente la tapa (cubriendo el orifico de la tapa) lave o limpie el

fluido que haya quedado en la parte exterior de la taza. Coloque el brazo sobre el

soporte de la base y equilíbrelo moviendo la guía deslizante a lo largo de la escala

graduada. El equilibrio se logra cuando la burbuja se encuentra bajo la línea

central.

5. Lea la densidad en el borde de la guía deslizante que mira hacia el filo de cuchilla.

Cálculos a) Registre la densidad con una precisión de 0,1 lbm/gal ó 0,5 lbm/pie3 (0,01 g/mL).


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b) Para convertir la lectura en otras unidades, use la relación siguiente:

lbm/pie3 lbm/gal

Densidad = g/mL = ----------- = ----------

62,43 8,345

Método Alternativo para la Medición de la Densidad (peso del fluido)

La densidad de un lodo que contiene aire o gas atrapado puede determinarse de

manera mas precisa utilizando una balanza de densidad del fluido presurizado, como

se describe en esta sección. Esta balanza es similar, en funcionamiento, a la balanza

convencional, pero la diferencia consiste en que la muestra de la lechada puede ser

colocada en una taza de muestra de volumen fijo, bajo presión.

El propósito de colocar la muestra bajo presión consiste en minimizar el efecto del aire

o gas atrapado sobre las mediciones de la densidad de lechada. Al presurizar la taza

de muestra, el aire o gas atrapado se reducirá a un volumen despreciable, y de esta

manera se llega a una medición para la densidad de la lechada que se acercara mas a

la que se observa bajo las condiciones de fondo de hoyo.

Equipos

a) Se puede utilizar cualquier instrumento de suficiente precisión como para

permitir la medición dentro de 0,1 libras por galón ( o 0,5 libras por pie cúbico,

0,01 gramos por centímetro cúbico, 10 kilogramos por metro cúbico).


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La balanza de lodo presurizado, (Fig. 2-2) es el instrumento que generalmente

se emplea para la determinación del peso del lodo presurizado. Esta balanza se

encuentra diseñada de manera tal que la taza de lodo y su tapa enroscable, en

un extremo del brazo, se encuentran equilibradas por un contrapeso fijo ubicado

en el otro extremo, con una guía deslizante que se mueve libremente a lo largo

de una escala graduada. Una burbuja de nivel se encuentra en el brazo, para

permitir un equilibrio preciso (ver Fig. 2-2).

b) Termómetro: 32 – 220 °F (0 – 105 °C)

Procedimiento

1. Llene la taza de muestra hasta un nivel un poco mas abajo que el borde superior de

la taza [aproximadamente ¼ de pulgada (6,4 milímetros)].

2. Coloque la tapa sobre la taza, con la válvula de retención en la posición hacia abajo

(abierta). Empuje la tapa hacia abajo en la boca de la taza, hasta que se logre el

contacto superficial entre el borde exterior de la tapa y el borde superior de la taza.

El exceso de lechada será expulsado a través de la válvula de retención. Después

de colocar la tapa sobre la taza, hale la válvula de retención hacia arriba (para

cerrar) enjuague la taza y las roscas con agua y ajuste la tapa roscada en la taza.

3. El embolo presurizado es similar en funcionamiento, a una jeringa. Llene el embolo

sumergiendo su extremo en la lechada, con el vástago del pistón completamente

hacia adentro. Ahora lleve el vástago hacia arriba para llenar el cilindro con la

lechada. Este volumen deberá ser expulsado por acción del embolo y se llenara

con muestra nueva de lechada, para asegurarse que el volumen del embolo no se

diluya con el liquido que queda de la ultima limpieza del mecanismo del embolo.


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4. Empuje la punta del embolo sobre la superficie de O-ring de la válvula. Presurice la

taza de muestra manteniendo una fuerza hacia abajo sobre la cubierta del cilindro,

para mantener la válvula de retención hacia abajo (abierta) y, al mismo tiempo,

empujando el vástago del pistón hacia adentro. Se deberá mantener una fuerza de,

aproximadamente, 50 libras (225 newton) o más sobre el vástago del pistón.

5. La válvula de retención en la tapa es accionada por presión. Cuando se aplica

presión dentro de la taza, esta válvula es empujada hacia arriba, es decir, se cierra.

Para cerrar la válvula, vaya soltando gradualmente la cubierta del cilindro, mientras

mantiene la presión sobre el vástago del pistón. Cuando se cierre la válvula de

retención, libere la presión sobre el vástago del pistón antes de desconectar el

embolo.

6. La muestra de lechada presurizada esta lista para ser pesada. Enjuague la parte

exterior de la taza y séquela. Coloque el instrumento sobre el soporte de cuchilla..

Mueva la guía deslizante hacia la derecha o izquierda, hasta que el brazo este

equilibrado, lo cual se logra una vez que la burbuja queda centrada entre las dos

marcas negras. Lea la densidad en una de las cuatro escalas calibradas en el lado

de la flecha de la guía. La densidad se puede leer directamente en unidades de

libra por galón, gravedad especifica, libras por pulgada cuadrada/100 pies y libras

por pie cúbico.

7. Para liberar la presión dentro de la taza, vuelva a conectar el ensamblaje del

embolo vacío y empuje hacia abajo sobre la cubierta del cilindro.

8. Limpie la taza y enjuáguela minuciosamente con agua. Para una mejor operación

con lechadas de base agua, la válvula deberá ser engrasada con frecuencia,

utilizando grasa a prueba de agua.


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Calibración Calibre el instrumento frecuentemente, utilizando agua dulce, la cual deberá arrojar

una lectura de 8,33 libras por galón o 62,3 libras por pie cúbico (1000 kilogramos por

metro cúbico) a 70 °F (21 °C). Si no es así, ajuste el tornillo de la balanza o la cantidad

de perdigones de plomo utilizados en el extremo del brazo graduado, según se

requiera.

Cálculo a) Registre la densidad con una precisión de 0,1 lbm/gal ó 0,5 lbm/pie3 (0,01 g/mL). b) Para convertir la lectura en otras unidades, use la relación siguiente:

lbm/pie3 lbm/gal

Densidad = g/mL = ----------- = ----------

62,43 8,345

Fig. 2-2 Balanza Presurizada de lodo


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2-1.2 Viscosidad de Embudo

Se mide con el viscosímetro de Marsh y se usa para detectar cambios relativos de la

condición del fluido. Ningún valor en particular de la viscosidad de embudo puede ser

adoptado como valor representativo de todos los fluidos. Sin embargo, en fluidos a

base de arcilla su valor se controla como máximo a cuatro veces la densidad del fluido

de perforación, expresada en libras por galón.

Equipos a) El viscosímetro de Marsh (ver la Fig. 2-3) tiene un diámetro de 6 pulgadas en la

parte superior y una longitud de 12 pulgadas en la parte inferior. Un tubo de orificio

liso de 2 pulgadas de largo, con un diámetro interior de 3/16 de pulgada, está

acoplado de tal manera que no hay ninguna constricción en la unión. Una malla de

tela metálica con orificios de 1/16 de pulgada, cubriendo la mitad del embudo, está

fijada a 3/4 de pulgada debajo de la parte superior del embudo.

b) Tasa graduada: un cuarto de galón

c) Cronometro

d) Termómetro: 32 – 220 °F (0 – 105 °C)


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Fig. 2-3 Viscosímetro de Marsh

Calibración Llene el embudo hasta la parte inferior de la malla (1.500 mL) con agua dulce a (70 ±

5) °F. El tiempo requerido para descargar 1 qt (946 mL) debería ser (26,0 ± 0,5) seg.

Procedimiento 1. Tape el orificio del embudo con un dedo y vierta la muestra del fluido, recientemente

agitado, a través del tamiz y hacia el embudo, que deberá estar limpio, seco y en

posición vertical. Llene hasta que el fluido alcance el fondo del tamiz (1500 mL).

2. Retire el dedo rápidamente y mida el tiempo requerido para que el fluido llene el

recipiente colector hasta la marca de un cuarto de galón (946 mL).

3. Registre el tiempo con una precisión de un segundo. Esta es la viscosidad obtenida

con el embudo Marsh. Registre la temperatura de la muestra en grados Fahrenheit

o Celsius.


27

2-1.3 Viscosidad con viscosímetro rotacional

Viscosidad es la resistencia al flujo de una sustancia y se expresa como el cociente

entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte. En el área de fluidos de perforación

se mide con los viscosímetros rotacionales

Equipos a) Los viscosímetros de indicación directa son instrumentos de tipo rotativo accionados

por un motor eléctrico o una manivela. El fluido de perforación está contenido

dentro del espacio anular entre dos cilindros concéntricos. El cilindro exterior o

forro del rotor es accionado a una velocidad rotacional (rpm –revoluciones por

minuto) constante. La rotación del forro del rotor en el fluido impone un torque

sobre el cilindro interior. Un resorte de torsión limita el movimiento del cilindro

interior y su desplazamiento es indicado por un cuadrante acoplado a este. Las

constantes del instrumento han sido ajustadas de manera que se pueda obtener la

viscosidad plástica y el punto cedente usando las indicaciones derivadas de las

velocidades del forro del rotor de 600 y 300 revoluciones por minuto. Ver Fig. 2-4.

b) Cronometro

c) Tasa adecuada, como por ejemplo la suministrada con el equipo

e) Termómetro: 32 – 220 °F (0 – 105 °C)


28

Fig. 2-4 Viscosímetro rotativo de 6 velocidades

Procedimiento de medición de la viscosidad plástica y el punto cedente 1. Coloque la muestra en un recipiente apropiado y sumerja el forro rotor exactamente

hasta la línea de referencia. Las medidas en el campo deben ser hechas en menos

de 5 minutos de haber tomado la muestra y con una diferencia de temperatura

menor a 6 grados centígrados (lodo base agua) o 120 ºF o 150 ºF (lodo base

aceite)

2. Con el forro rotando a 600 revoluciones por minuto, espere hasta que la lectura del

cuadrante alcance un valor estable. Registre la lectura del cuadrante para 600

revoluciones por minuto.


29

3. Cambie ahora a 300 revoluciones por minuto y espere que la lectura del cuadrante

llegue a un valor estable. Registre esta lectura para 300 revoluciones por minuto.

4. La viscosidad plástica (VP) en centipoise es igual a la lectura para 600 revoluciones

por minuto menos la lectura para 300 revoluciones por minuto.

5. El punto cedente (PC) en lbf/100 pie2 es igual a la lectura para 300 revoluciones por

minuto menos la viscosidad plástica. Registre la temperatura de la muestra en

grados °F (°C).

6. La viscosidad aparente en centipoise es igual a la lectura a 600 rpm divida entre

dos.

Medición de la resistencia gel 1. Coloque la muestra de fluido en un recipiente apropiado como se indicó para la

medición de la viscosidad plástica y el punto cedente.

2. Agite durante 10 segundos a alta velocidad.

3. Permita que el fluido repose durante 10 segundos. De manera lenta y uniforme, gire

el volante en la dirección que produce una lectura positiva en el cuadrante. La

lectura máxima es la resistencia gel inicial, en lbf/100 pie2. Para aquellos

instrumentos que tengan una velocidad de 3 revoluciones por minuto, la lectura

máxima alcanzada después de iniciar la rotación a 3 revoluciones por minuto es la

resistencia gel inicial Registre la temperatura de la muestra en grados °F (°C).

4. Vuelva a agitar la muestra de fluido a alta velocidad, durante 10 segundos, y

después deje reposar el fluido, durante 10 minutos. Anote la medición como en el

Paso 3 anterior y registre la lectura máxima como gel de 10 minutos, en lbf/100 pie2


30

2-1.4 Filtración

Durante las operaciones de perforación y/o reparación de pozos, cuando se circula el

fluido o se mantiene en condiciones estáticas. Por efecto del diferencial de presión a

favor de la formación y la permeabilidad de esta, se pierde fluido hacia dentro de la

formación permeable, formándose un revoque en la cara de la formación, por la

filtración de las partículas sólidas contenidas en el fluido.

La filtración ocurre bajo condiciones tanto estáticas como dinámicas, durante las

operaciones de perforación. Las mediciones de filtración y revoque de baja presión,

baja temperatura y Alta Temperatura, Alta Presión (ATAP) del Instituto Americano del

Petróleo (API) realizadas por el ingeniero de lodos son pruebas estáticas. Estas

pruebas son muy eficaces para evaluar las tendencias globales de filtración del lodo, y

en cierto modo proporcionan una indicación de las características de la filtración

dinámica de flujo laminar. Pruebas más complejas y laboriosas, realizadas con

instrumentos de laboratorio, están disponibles para medir la filtración dinámica, pero

no son practicas para realizarlas como pruebas de rutina

Filtración: Prueba de Baja Temperatura / Baja Presión, (Prueba API)

Consiste en medir el fluido filtrado, en mililitros, a través de un papel de filtro whatman

50, o equivalente, de (7,1 + 0,1) plg2 de diámetro, durante 30 minutos manteniendo un

diferencial de presión de 100 psi.

Equipos a) Se emplea un filtro prensa API estándar, Fig. 2-5, el cual normalmente es una celda

cilíndrica con diámetro interior de 3 pulgadas y una altura de, por lo menos 2,5

pulgadas, presurizado hasta un diferencial de 100 psi. La presión se puede aplicar


31

con un medio fluido no peligroso, bien sea gas o líquido. Para obtener resultados

correlativos, se empleará el mismo espesor de un papel de filtro apropiado, de 9

cm de diámetro, Whatman No. 50, S & S No. 576, u otro equivalente, con un área

de filtración de (7,1 + 0,1) pulgadas cuadradas.

Se recomienda que las empacaduras de los filtros prensa sean calibradas con un

medidor cónico con un diámetro máximo de 76,86 mm y diámetro mínimo de 75,86

mm.

b) Cronometro

c) Cilindro graduado: 10 mL o 25 mL

Fig. 2-5 Filtro prensa API


32

Procedimiento 1. Asegúrese de que cada pieza de la celda esté limpia y seca, y que las empacaduras

no estén deformes o gastadas. Vierta la muestra de fluido en la celda hasta 0,4 a

0,6 pulgada ( 1 a 1,5 centímetros) del borde (para evitar la contaminación del

filtrado con CO2) y complete el ensamblaje con el papel de filtro en su lugar.

2. Coloque un cilindro graduado seco por debajo del tubo de drenaje, para que reciba

el filtrado. Cierre la válvula de alivio y ajuste el regulador de manera tal que se

aplique una presión de (100 ± 5) psi (690 ± 35 kPa) en 30 segundos o menos. El

período de prueba se inicia en el momento de la aplicación de la presión.

3. Al final de los 30 minutos, mida el volumen de filtrado Interrumpa el flujo que pasa

por el regulador de presión y abra cuidadosamente la válvula de alivio. El intervalo

de tiempo, si no es de 30 minutos, deberá registrarse.

4. Registre el volumen de filtrado en mililitros (con una precisión de 0,1 mL) como

filtrado API, y también registre la temperatura inicial del fluido en ºF o ºC. Guarde

el filtrado para ser posteriormente sometido a las correspondientes pruebas

químicas.

5. Desmonte la celda, asegurándose primero de que se haya liberado toda la

presión, y deseche el fluido, con extremo cuidado, para guardar el papel de filtro

con un mínimo de perturbación del revoque. Lave el revoque sobre el papel, con un

chorro de agua suave o fluido orgánico base, en caso de lodo base aceite. Mida

el espesor del revoque y regístrelo en 1/32 de pulgada o en milímetros.

6. Si bien es prácticamente imposible contar con descripciones estándar,

anotaciones como duro, blando, resistente, gomoso, firme, etc. pueden dar una

cierta idea de la consistencia del revoque.


33

Filtración: Prueba de alta temperatura/alta presión Consiste en medir el fluido filtrado, en mililitros, a través de un papel de filtro whatman

50, o equivalente o en su defecto Dynallo X-5, o disco poroso equivalente, calculando

el área a (7,1 + 0,1) plg2 de diámetro, durante 30 minutos manteniendo un diferencial

de presión de 500 psi a una temperatura mayor que la ambiental.

Equipos a) El instrumento (ver la Fig. 2-6 y la Fig. 2-7) se compone de una envuelta exterior

calefactora con termostato, un conjunto de platillo para la celda, el conjunto

primario de presión y el receptor de contrapresión. La capacidad de la celda de

lodo es de 160 ml con una superficie de filtro de 3,5 plg.2. El recibidor de

filtrado tiene una capacidad de 15 mL, y se puede usar un tubo de vidrio para

una contrapresión de hasta 100 psi. Si se usa una contrapresión mayor, el tubo de

vidrio debe ser reemplazado por un tubo de acero inoxidable.

b) Medio filtrante:

• Papel de filtro whatman N° 50, o papel de filtro equivalente, para temperaturas

menores o igual a 400 °F (204 °C) .

• Dynallo X-5, o disco poroso equivalente, para temperaturas mayores a 400 °F

(204 °C). Se debe usar un disco nuevo para cada prueba.

c) Cronometro

d) Cilindro graduado: 10 mL o 25 mL


34

e) Termómetro hasta 500 °F (260 °C)

f ) Mezclador de alta velocidad

Fig. 2-6 Filtro prensa APAT Fig. 2-7 Filtro prensa APAT Procedimiento: Temperaturas < 300 ºF (<149º C) 1. Conecte la camisa de calentamiento al voltaje apropiado. Coloque un termómetro

en el receptáculo y precaliente la camisa hasta 10 ºF (6 ºC) por encima de la

temperatura de prueba seleccionada.

2. Agite la muestra de fluido durante 10 minutos.


35

3. Coloque la muestra de fluido en la celda, procurando no llenarla más de 0,6

pulgadas (1,5 cm) desde la parte superior. Coloque el papel de filtro (whatman 50 o

equivalente) y cierre la celda.

4. Coloque la celda en la camisa de calentamiento con las válvulas superior e inferior

cerradas. Transfiera el termómetro al porta termómetro de la celda

5. Coloque las unidades de presión sobre las válvulas y asegúrelas en su lugar.

6. Aplique 100 psi (690 kPa) en ambas unidades, con las válvulas cerradas. Abra la

válvula superior y aplique presión al fluido, mientras calienta hasta la temperatura

seleccionada. El tiempo de calentamiento de la muestra en la celda para alcanzar

la temperatura no debe ser mayor de una hora.

7. Cuando la muestra llegue a dicha temperatura, aumente la presión de la unidad

superior hasta 600 psi (4137 kPa) y abra la válvula inferior para iniciar la filtración.

Si durante la prueba la diferencia de presión es mayor de 500 psi, libere la presión

sacando filtrado.

8. Recoja el filtrado durante 30 minutos, manteniendo la temperatura de prueba a

± 5 ºF ( ± 3 ºC). Mantenga la contrapresión recomendada durante la prueba.

9. Si el área de filtración es de 3,5 pulgadas cuadradas (22,6 cm2), duplique el

volumen de filtrado y registre.

10.Al final de la prueba, cierre las válvulas superior e inferior y purgue la presión de

ambos reguladores.

Cuidado. La presión dentro de la celda de lodo todavía debe ser aproximadamente 600 psi. Mantenga la celda en posición vertical, enfríela a temperatura ambiente, libere cuidadosamente la presión y luego desármela

11.Saque la celda de la camisa de calentamiento, pero primero verifique que las

válvulas superior e inferior estén bien cerradas. Con extremo cuidado, para no

dañar el papel de filtro, coloque la celda en posición vertical, abra la válvula para


36

purgar la presión interior y abra la celda. Deseche el lodo y saque el revoque. Lave

el revoque sobre el papel utilizando un chorro suave de agua o fluido orgánico para

el caso de lodo base aceite.

12. Mida y registre el espesor del revoque con una precisión de 1/32 de pulgada Procedimiento: Temperatura de >300ºF (>149º C) 1. Conecte la camisa de calentamiento al voltaje apropiado. Coloque un termómetro en

el receptáculo y precaliente la camisa hasta 10 ºF (6 ºC) por encima de la

temperatura de prueba seleccionada.

2. Agite la muestra de fluido durante 10 minutos.

3. Prepare la celda con el medio filtrante apropiado (papel de filtro whatman 50 o

equivalente para temperaturas de hasta 400 ºF y disco poroso dynalloy X-5 o

equivalente para temperaturas por encima de 400 ºF) cuidando de no llenar la

celda más allá de 1,5 pulgadas (3,8 cm) desde su parte superior.

4. Coloque la celda en la camisa de calentamiento con las válvulas superior e inferior

cerradas.

5. Coloque las unidades de presión sobre las válvulas y asegúrelas en su lugar.

6. Con las válvulas superior e inferior cerradas, aplique la contrapresión

recomendada, según la Tabla 2-1, para la temperatura de prueba en ambas

unidades.

7. Abra la válvula superior y aplique la presión recomendada al fluido, mientras

calienta. El tiempo de calentamiento de la muestra en la celda para alcanzar la

temperatura no debe ser mayor de una hora.

8. Cuando la muestra llegue a la temperatura de prueba seleccionada, aumente la

presión de la unidad superior en 500 psi (3450 kPa) por encima de la contrapresión

y abra la válvula inferior para iniciar la filtración. Si durante la prueba la diferencia

de presión es mayor de 500 psi, libere la presión sacando filtrado


37

9. Recoja el filtrado durante 30 minutos, manteniendo la temperatura de prueba a ± 5

ºF ( ± 3 ºC). Mantenga la contrapresión recomendada durante la prueba. Después

que el periodo de prueba ha finalizado cierre ambas válvulas de la celda y libere la

presión de los reguladores. Deje enfriar el filtrado por unos 5 minutos para evitar la

evaporación, luego drénelo cuidadosamente y anote el volumen total. También

anote la temperatura, presión y tiempo . Asegurese de dar suficiente tiempo de

drenaje al filtrado para que salga todo.

10. Si el área de filtración es de 3,5 pulgadas cuadradas (22,6 cm2), duplique el

volumen de filtrado y registre.

Cuidado. La presión dentro de la celda de lodo todavía debe ser aproximadamente 950 psi. Mantenga la celda en posición vertical, enfríela a temperatura ambiente, libere cuidadosamente la presión y luego desármela

Tabla 2-1 Presión de vapor y dilatación cúbica del agua entre 212 ºF Y 450 ºF con la contrapresión sugerida

Coeficiente de Dilatacion Cubica

para el Agua a la Presion deSaturacion

oF oC kPa psi kPa psi212 100 101 14,7 1,04 689 100250 121 207 30 1,06 689 100300 149 462 67 1,09 689 100350 177 931 135 1,12 1104 160400 205 1703 247 1,16 1898 275450 232 2017 422 1,21 3105 450

Temperatura de Envejecimiento

Presion de Vapor de Agua

Contrapresion Aplicada Sugerida


38

11. Saque la celda de la camisa de calentamiento, pero primero verifique que las

válvula superior e inferior estén bien cerradas. Con extremo cuidado, para no dañar

el papel de filtro, coloque la celda en posición vertical, abra la válvula para purgar la

presión interior y abra la celda. Deseche el lodo y saque el revoque. Lave el

revoque sobre el papel utilizando un chorro suave de agua o fluido orgánico para el

caso de lodo base aceite.

12. Mida y registre el espesor del revoque con una precisión de 1/32 de pulgada 2-1.5 Contenido de Arena

El contenido de arena de un lodo es el porcentaje en volumen de partículas mayores

de 74 micrones y se mide con los equipos que se describen a continuación.

Equipos Esta formado por: una malla de 74 micrones de apertura con un diámetro de 2 1/2

pulgadas, un embudo de tamaño que se ajusta a la malla y un tubo medidor de vidrio,

marcado para señalar el volumen de lodo a ser añadido para leer el porcentaje de

arena directamente en la parte inferior del tubo, el cual está graduado de 0 a 20%. Ver

Fig. 2-8.


39

Fig. 2-8 Equipo de determinación de arena

Procedimiento

1. Llene con fluido el tubo graduado de vidrio hasta la marca indicada. Agregue agua

hasta la marca siguiente. Cierre la boca del tubo y agite vigorosamente.

2. Vierta la muestra en el tamiz limpio y húmedo. Deseche el líquido que pasa a través

del tamiz. Agregue más agua al tubo, agite y repita hasta que el agua que pase sea

clara. Lave la arena retenida en el tamiz, para sacar el fluido remanente.

3. Coloque el embudo boca abajo sobre el tamiz. Ahora, voltee el ensamblaje

lentamente e introduzca la punta del embudo en la boca del tubo de vidrio y

utilizando un rociado suave de agua, lave la arena a través del tamiz y hacia el

tubo.

4. Espere hasta que la arena se sedimente y en las marcas del tubo, lea el porcentaje

de la arena en volumen.

5. Registre el contenido de arena en el fluido, en porcentaje en volumen. Anote

dónde se tomó la muestra: sobre la zaranda, la fosa de succión, etc. Anote la

presencia de materiales de pérdida de circulación (LCM).


40

2-1.6 Contenido de Líquidos y Sólidos La retorta, Fig. 2-9, es usada para determinar el contenido de líquidos y sólidos en el

fluido de perforación. Los instrumentos de retorta recomendados son unidades con

una capacidad de 10, 20 o 50 mL, con camisas externas de calentamiento. El fluido se

coloca en un contenedor de acero y se calienta hasta que se evaporen los

componentes líquidos. Los vapores pasan a través de un condensador y se recogen

en un cilindro graduado. El volumen del líquido se mide, mientras que el contenido de

sólidos, suspendidos y disueltos, se determina por diferencia Equipos a) Retorta con las siguientes especificaciones:

• Tasa de la muestra: con un volumen de (10,00 + 0,05) mL, ( 20,0 + 0,1) mL o

( 50,0 + 0,1) mL

• Condensador de liquido: con suficiente masa para enfriar los vapores de aceite

y agua por debajo de su temperatura de vaporización antes de dejar el

condensador

• Elemento de calentamiento: con suficiente potencia para subir la temperatura

de la muestra por encima del punto de vaporización de los componentes

líquidos en menos de 15 minutos sin producir la vaporización de los sólidos.

• Controlador de temperatura: (opcional) capaz de limitar la temperatura de la

retorta a (930 + 70) °F (500 + 40 °C)

b) Recibidor liquido: cilindro graduado de (10,0 + 0,1) mL , (20,0 + 0,1) mL o (50,0 +

0,1)


41

c) Lana de acero fina

d) Grasa de silicona de alta temperatura

e) Tubo limpiador

f) Espátula

g) Antiespumante

Fig. 2-9 Retorta.

Procedimiento 1.. Limpie y seque el ensamblaje de la retorta y el condensador.

2. Recoja y prepare la muestra de fluido

• Recoja una muestra de fluido representativa y viértala a través de un embudo

Marsh con un tamiz de malla 12. La temperatura de la muestra deberá


42

encontrarse dentro de ± 10 ºF (6 ºC) de la temperatura a la cual se determinó la

densidad del fluido (base aceite) o a 26 ºC (base agua)

• Mezcle muy bien la muestra de fluido para asegurar su homogeneidad,

añadiéndole de 2 a 3 gotas de antiespumante por cada 300 mililitros de lodo

para evitar que quede aire atrapado y procurando que no queden sólidos en el

fondo del recipiente. Debido al aire o gas atrapado en la muestra, los resultados

para el contenido de sólidos pueden ser erróneamente elevados, a causa del

menor volumen de fluido.

3. Con una jeringa limpia, llene la taza de la retorta lentamente, para evitar que

quede aire atrapado. Golpee suavemente un lado de la taza para sacar el aire.

Coloque la tapa sobre la taza y gírela hasta que cierre bien. Asegúrese de que un

pequeño exceso de fluido salga por el orificio en la tapa. Limpie el exceso de fluido

derramado por la tapa.

4. Llene el cuerpo de la retorta con lana de acero.

5. Aplique lubricante/sellante a las roscas en el cuello de la retorta y conecte el

condensador. Coloque el ensamblaje de la retorta en la camisa de calentamiento.

cierre la tapa aislante.

6. Coloque un recipiente colector limpio y seco por debajo de la salida del

condensador.

7. Ponga en funcionamiento la retorta y espere 45 minutos. Si el fluido se desborda

hacia el recipiente colector, será necesario repetir la prueba. Llene el cuerpo de la

retorta con una cantidad mayor de lana de acero (Paso 4) y repita la prueba.

8. Deje que el recipiente colector de liquido se enfríe. Lea y registre: (a) el volumen

total de líquido; (b) el volumen de aceite; y (c) el volumen de agua en el recipiente

colector.

9. Si hay una interfaz de emulsión entre las fases de aceite y agua, dicha emulsión se

puede romper calentando la interfaz. Una vez rota la emulsión, deje que el

recipiente colector se enfríe. Lea el volumen del agua en el punto más bajo del

menisco.


43

10. Apague la retorta. Déjela enfriar antes de limpiarla.

Cálculos Con los valores medidos del agua y aceite recogidos en el cilindro se calculan los

porcentajes en volumen de agua, aceite y sólidos de la manera siguiente:

Porcentaje de agua en volumen (VW):

100 x (volumen de agua, mL)

VW = -----------------------------------------

Volumen de la muestra, mL

Porcentaje de aceite en volumen (Vo):

100 x (volumen de aceite, mL)

VO = ------------------------------------------

Volumen de la muestra, mL

Porcentaje de sólido en la retorta, en volumen

VS = 100 – (VW + VO)

El porcentaje en volumen para los sólidos de la retorta, antes indicado, es

simplemente la diferencia del agua más el aceite y el volumen total de la muestra. Esta


44

diferencia representa los sólidos suspendidos (material densificante y de baja

gravedad) y materiales disueltos (como la sal).

2-1.7 Estabilidad Eléctrica.

La estabilidad eléctrica (EE) de un fluido de perforación base aceite es una propiedad

relacionada con la estabilidad de la emulsión y la capacidad humectante del aceite. La

EE se determina aplicando un aumento de voltaje de corriente alterna de manera

creciente entre las dos placas paralelas del electrodo sumergido en el fluido, Al

incrementar la aplicación del voltaje al electrodo la corriente resultante permanece baja

hasta que sube abruptamente al trasmitirse la corriente a través del fluido, ese voltaje

se conoce como estabilidad eléctrica del fluido. Equipos a) Medidor de Estabilidad Eléctrica, Fig. 2-10

b) Electrodos

C) Resistores de calibración o diodos Zener

d) Termómetro: 32 a 200 °F

e) Malla de 12 mesh o de embudo marsh

f) Copa para viscosímetro termostaticamente controlada


45

Fig. 2-10 Medidor de estabilidad eléctrica

Calibración

1. Realice una prueba de incremento de voltaje con la sonda de electrodo

desconectada, siguiendo las instrucciones del manual de operaciones del medidor

de EE. Si dicho medidor está funcionando apropiadamente, la lectura de la EE

deberá llegar al voltaje máximo permitido por el instrumento.

2. Con la sonda de electrodo conectada al medidor de EE, repita la prueba de

incremento de voltaje, esta vez en el aire. La lectura de la EE deberá llegar al

voltaje máximo permitido. Si esto no sucede, vuelva a limpiar la sonda o cámbiela.

3. Repita la prueba de incremento de voltaje con la sonda de electrodo en agua

corriente. La lectura de la EE no debería exceder los 3 voltios. Si se llega a un valor

superior, vuelva a limpiar la sonda o cámbiela.

4. Verifique la precisión del medidor de EE, utilizando resistores estándar y/o diodos

Zener. Las lecturas deberían encontrarse dentro de ± 2,5% de los valores

esperados. Si alguna de la lecturas de la EE no se encuentra dentro de dicho

intervalo, será necesario enviar el instrumento a su proveedor, para ajuste o

reparación


46

Procedimiento de mediciones

1 Tamice la muestra a través del tamiz de malla 12 (embudo Marsh) y colóquela en la

taza de calentamiento del viscosímetro. Caliente la muestra hasta (120 ± 5)°F (50

± 2 °C).

2. La sonda de electrodo se puede limpiar utilizando el aceite base del sistema del

fluido. Después de lavar la sonda, séquela muy bien.

3. Agite manualmente la muestra a 120°F (50°C), utilizando para ello la sonda de

electrodo, durante unos 10 segundos, para asegurar que la composición y la

temperatura del fluido sean uniformes. Coloque la sonda de electrodo de manera

tal que no toque el fondo o los lados del recipiente, y asegúrese de que las

superficies del electrodo estén completamente cubiertas por la muestra.

4. Inicie el incremento de voltaje. Siga el procedimiento descrito en el manual de

operación del medidor EE. No mueva la sonda de electrodo durante la rampa.

5. Al finalizar la prueba, tome nota del valor de EE que se indica en el dispositivo de

lectura.

6. Repita la prueba. Los dos valores de la EE no deberían diferir en más de 5%. Si la

diferencia es mayor que ese porcentaje, revise el medidor o la sonda de electrodo

para determinar que estén funcionando bien.

7. En el informe de fluidos, registre el promedio de las dos mediciones de la EE.

2-2 QUÍMICA BASICA 2-2.1 Conceptos Básicos Los ingenieros de lodo requieren del dominio de conocimientos químicos para el

control y seguimiento del fluido de perforación, importante para la perforación exitosa


47

de los pozos. En vista de esto a continuación se describen algunos conceptos usados

en química.

Química, es la ciencia ligada a la composición de la materia y los cambios en

composición que esta materia sufre

Materia, es todo lo que ocupa espacio y tiene masa

Masa, es una medida de la cantidad de materia o la cantidad de material

contenido en algo. Es la base de todas las medidas físicas

Cuerpo, es un material con tamaño y forma definido

Peso, es la fuerza de gravedad que actúa sobre la masa

Volumen, es una medida de la cantidad de espacio ocupado por la materia

Densidad, es la masa de una unidad de volumen

Estados físicos de la materia, cualquier materia o sustancia puede

encontrarse en uno de tres estados físicos: sólido, líquido o gas.

• Los sólidos, tienen volumen y forma definida , no fluyen cuando se les aplica

una fuerza y no se adaptan fácilmente a la forma del recipiente que los

contiene

• Los líquidos, tienen volumen propio, pero se adaptan fácilmente a la forma

del recipiente que los contiene, fluyen cuando se les aplica una fuerza, y en la

mayoría de los casos tienen densidad menor que la de los sólidos


48

• Los gases, fluyen cuando se les aplica una fuerza, se adaptan fácilmente a la

forma del recipiente que los contiene y ocupan todo el espacio de este y tienen

densidad menor que la de los líquidos.

2-2.2 Propiedades de la Materia Los materiales pueden identificarse o distinguirse unos de otros estudiando sus

propiedades bajo dos aspectos fundamentales: 1 Físico y 2 Químico.

• Las propiedades físicas son aquellas que pueden ser determinadas sin

causar cambios en la identidad de la materia, e incluyen: color, olor, solubilidad,

densidad, durabilidad, punto de ebullición, punto de fusión, cristalización y

formas amorfas.

• Las propiedades químicas son aquellas que nos indican el cambio y

comportamiento de los materiales, en donde la identidad se altera. Nos interesa

saber si se queman, si reaccionan con otros, con el aire, con el agua, con los

ácidos y con las bases

Los materiales pueden agruparse en una de dos clases: homogéneos y

heterogéneos

• Un sistema material es homogéneo cuando en todos sus puntos tiene la

misma composición física y química, ejemplos el agua de un lago, un anillo de

plata, el azúcar.

• Un sistema heterogéneo es el que esta compuesto de materias diferentes

que tienen diferentes composiciones químicas, ejemplo : la arena que se

encuentra en un río, el granito, el concreto


49

2-2.3 Sustancia, Átomo, Molécula, Ion y otras definiciones

Sustancia, es la clase de materia de que están hechos los cuerpos, es toda especie

química de constitución, definida, fija o invariable. Toda sustancia se caracteriza por

tener las mismas propiedades especificas y se presentan en estado amorfo y

cristalino. Varias sustancias se pueden combinar para dar lugar a otra sustancia con

propiedades diferentes a las que tenían sus componentes.

Las sustancias puras pueden ser separadas en elementos y compuestos

• Los elementos, no pueden ser separados (descompuestos) o subdivididos en

sustancias más simples mediante el uso de métodos químicos corrientes,

constituyen los componentes básicos de todas las sustancias y tienen

propiedades exclusivas. Los elementos son designados con abreviaturas

llamadas símbolos químicos.

• Los compuestos, pueden ser reducidos en dos o más sustancias simples

(elementos o grupos de elementos). Una sustancia pura es un compuesto si

puede ser subdividida en por lo menos dos elementos.

Átomo, es la unidad más pequeña en que un elemento puede ser dividido,

manteniendo las propiedades químicas que les son exclusivas. Son los componentes

básicos de toda materia. Son las unidades más pequeñas de un elemento que

pueden combinarse con los átomos de otro elemento.

Los átomos de diferentes elementos tienen distintas propiedades; estos no son

creados ni destruidos cuando intervienen en reacciones químicas.

Los átomos están constituidos de protones, partículas cargadas positivamente, de

masa 1,6724 x 10-24 gramos, neutrones, partículas sin carga, de masa 1,6757 x10-24


50

gramos, ambas concentradas en el núcleo y de electrones, con carga negativa, de

masa 9,11 x 10-28 gramos, girando alrededor del núcleo como una nube difusa

(Fig. 2-11)

El número de protones (p+) en el núcleo de un átomo, es usado para definirlo y se

denomina “numero atómico” (z). La suma del numero de protones y neutrones (n) en

el núcleo de un átomo se llama el “número de masa atómica”(a).

Cualquier elemento puede tener varias estructuras atómicas llamadas isótopos, cada

una con un número diferente de neutrones en su núcleo, pero con propiedades

químicas idénticas. Cada uno de esos isótopos tiene diferente peso atómico. Los

isótopos se escriben con el número atómico (z) como subíndice delante del símbolo

químico y el número de masa atómica (a) como supraindice (azX).

La escala de masa atómica es una escala de masa relativa basada en la masa del

isótopo de carbono 126C, el cual tiene una masa de exactamente 12,0 unidades de

masa atómica (aum). Esta escala se usa para simplificar la expresión de valores de

masa tan péquenos para cada isótopo de cada elemento.

El peso atómico, de un elemento es igual al promedio ponderado de la masa de los

isótopos del elemento en la escala de pesos atómicos.


51

Fig. 2-11 Estructura atómica

Molécula, es el resultado de la unión de iguales o diferentes átomos, mediante

enlaces por transferencia de electrones (enlaces iónicos) o por compartición de

electrones (enlaces covalentes), para formar un compuesto, el cual tiene diferentes

propiedades físicas y químicas respecto a los elementos que lo componen. Es la

unidad más pequeña en que se puede dividir un compuesto, manteniendo las

propiedades exclusivas del compuesto. Esta molécula se puede representar con una

formula química, usando los símbolos químicos de los elementos que la forman y

subíndices para indicar su proporción.

Ion, resulta de la perdida o ganancia de electrones de un átomo o molécula, siendo

positivo (cation) cuando los pierde y negativo (anion) si los gana.


52

La valencia, de un elemento o ion es el número de electrones que el elemento o ion

puede adquirir, perder o compartir para convertirse en un compuesto estable de carga

neutra. Se ha tomado como referencia el átomo de hidrogeno teniendo un enlace

positivo, o una valencia de 1+. La valencia determina los elementos o iones que se

combinaran y la proporción en que se combinaran. Por ejemplo un átomo de cloro (Cl)

se combina con un átomo de hidrogeno para formar ácido clorhídrico (HCl); por lo

tanto el cloro debe tener una valencia de 1-.

Mol, es una unidad de medida cuantitativa que contiene el numero exacto de átomos,

moléculas o unidades de formula que tiene una masa en gramos igual al peso

atómico, molecular o de formula. Un mol de un elemento contiene el mismo numero de

unidades químicas (átomos, moléculas o unidades que la cantidad exacta de 12

gramos de carbono, o el número de Avogadro, 6,023 x 1023

Peso atómico, es el numero que indica las veces que un átomo de ese elemento es

mas pesado que la doceava parte del peso de un átomo de 126C

Peso molecular, es el peso expresado en gramos de un mol de cualquier sustancia

Peso equivalente o equivalente gramo,

• En reacciones de neutralización, es el peso del mismo que contiene un átomo

gramo de hidrogeno reemplazable, es decir, 1,0078 g. y el de una base, es el

peso de la misma que contiene 17,008 g de grupo oxhidrilo ionizable, pues

17,008 g de oxhidrilo equivalen a 1,0078 g de hidrogeno.

• En reacciones de precipitación, es el peso de la sustancia que contiene o

reacciona con un átomo gramo de un cation monovalente (equivalente a 1,0078

g de hidrogeno) o con medio átomo gramo de un cation bivalente, etcétera.


53

Para un cation, el equivalente gramo es igual al ion gramo dividido por la

valencia. Para una sustancia que reacciona con un cation, el equivalente gramo

es el peso de la misma, que reacciona con un equivalente gramo del cation.

• En reacciones de oxido-reducción, el equivalente gramo de un oxidante o de

un reductor se obtiene dividiendo el peso molecular o atómico por el número

que expresa el cambio de valencia experimentado por el elemento que se oxida

o se reduce

2-2.4 Soluciones y unidades de concentración

Solución, es un sistema físicamente homogéneo formado por dos o más especies

químicas que no reaccionan entre si y que pueden encontrarse en cualquier estado de

agregación en proporciones variables. Es decir, unas moléculas se encuentran

interpuestas entre otras; las primeras son las del cuerpo disuelto o soluto, y las

segundas, las del disolvente. Cuando preparamos una solución mezclando dos

líquidos, al disolverse el uno en el otro debemos considerar como solvente al que se

encuentra en la mayor proporción.

Concentración, es la cantidad de cuerpo disuelto que hay en una cantidad

determinada de solvente o de solución

Expresión de las concentraciones en unidades físicas

• % peso/peso indica los gramos de soluto por cada 100 gramos de solución

• % peso/volumen indica los gramos de soluto por cada 100 mililitros de

solución


54

• % volumen/volumen indica los mililitros de soluto por cada 100 mililitros de

solución.

• ppm peso/peso indica el numero de gramos de soluto por cada millón de

gramos de solución, normalmente mg/kg.

• ppm peso/volumen indica el numero de gramos de soluto por cada millón de

mililitros de solución, normalmente mg/L

• ppm volumen/volumen indica el numero de mililitros de soluto por cada millón

de mililitros de solución, normalmente mL/m3

Expresión de concentraciones en unidades químicas

• Molaridad (M): moles de soluto contenidos en un litro de solución

• Normalidad (N): equivalentes-gramo de soluto contenidos en un litro de

solución

• Molalidad (m): moles de soluto por mil gramos de solvente

• Fracción molar: número de moles de un componente dividido por el número de

moles de todos los componentes existentes en la solución

2-2.5 Ley de Acción de Masas

Gulberg y Waage, en 1867, demostraron que la velocidad de una reacción química a

temperatura constante es proporcional al producto de las masas activas o

concentraciones de las sustancias reaccionantes, expresadas en moles por litro, y

denominaron a esta relación ley de acción de masas.

Esta ley es solo aplicable a los equilibrios homogéneos y reversibles. Así, si

consideramos la reacción reversible

A + B C + D


55

en el equilibrio (que siempre se considera dinámico y no estático), las velocidad de la

reacción directa e inversa son iguales, deduciéndose fácilmente que

[C]x[D]

K = ---------

[A]x[B]

en la cual las masas activas quedan expresadas por las letras en paréntesis rectos, y

K recibe el nombre de constante de equilibrio ( o también nombres especiales, según

el tipo de reacción, como constante de disociación, constante de hidrólisis, etc); K

varia algo con la temperatura y presión, pero estas variaciones tienen relativamente

poca importancia en las aplicaciones analíticas de la ley de acción de masas. La

expresión puede generalizarse. Para una reacción reversible representada por:

p1A1 + p2A2 + p3A3 q1B1 + q2B2 + q3B3

en la cual p1, p2, p3 y q1, q2 y q3 son los números de moléculas de las sustancias de la

reacción, correspondientes a la ecuación que representa dicha reacción

[B1]q1 x [B2]q2 x [B3]q3

K = ----------------------------

[A1]p1 x [A2]p2 x [A3]p3

Es decir que: Cuando en una reacción reversible se alcanza el equilibrio, a cada

temperatura, es constante el cociente obtenido entre el producto de las

concentraciones moleculares de los productos de reacción (las sustancias de la

derecha de la ecuación) y el producto de las concentraciones moleculares de las

sustancias reaccionantes (las sustancias de la izquierda de la ecuación), estando cada


56

concentración elevada a una potencia igual al numero de moléculas con que la

sustancia figura en la ecuación.

2-2.6 Electrolitos

Son substancias cuyas soluciones en agua conducen la electricidad y contienen iones

positivos y negativos. Como la capacidad que una solución tiene para conducir la

electricidad depende de la presencia de iones, se puede concluir que las soluciones

que son excelentes conductores contienen altas concentraciones de iones (totalmente

ionizadas), mientras que las soluciones que son mal conductores contienen bajas

concentraciones de iones (no totalmente ionizadas).

Los electrolitos que están totalmente ionizados se llaman electrolitos fuertes,

mientras que los que no están totalmente ionizados se llaman electrolitos débiles. Con

muy pocas excepciones, las sales son electrolitos fuertes. La mayoría de los

hidróxidos (excepto Mg2+) son electrolitos fuertes, y en consecuencia, están

clasificados como bases fuertes. Los ácidos como HCl, H2SO4 y HNO3 son electrolitos

fuertes, y por lo tanto, están clasificados como ácidos fuertes; la mayoría de los demás

ácidos son moderadamente débiles y están clasificados como ácidos débiles. El agua

pura es un electrolito débil y no es tan conductora como las soluciones de sales.

2-2.7 Autoionización del agua y pH

El agua es un electrolito débil que existe en la naturaleza como moléculas de H2O,

puede ionizarse para formar iones hidronio [H3O+] y oxidrilo [OH-], aproximadamente


57

se ioniza solo una molécula de agua en 556 millones de acuerdo a la ecuación

siguiente:

2H2O H3O+(aq) + OH-(aq)

Como el agua reacciona consigo misma para ionizarse, el proceso se llama

autoionización. La expresión de equilibrio para el proceso de auto ionización es la

siguiente:

Kw = [H+] [OH–]

A la constante de equilibrio se le atribuye el símbolo Kw, donde el subíndice (w) se

refiere al agua. A 25ºC, Kw, = 1,0 x 10-14, Kw, depende de la temperatura (aumenta Kw,)

y de la concentración iónica de la solución (salinidad). Kw,, el producto de [H+] y [OH-],

permanece constante, siempre que la temperatura sea constante. En una solución

neutra, la concentración de hidrógeno [H+] es igual a la concentración de hidróxido

[OH–]; por lo tanto, cada uno tendría una concentración de 1,0 x 10-7, y la solución

tendría un pH 7,0.

Si [H+] aumenta, [OH–] disminuye y la solución se vuelve más ácida. Asimismo, si

[OH–] aumenta, [H+] debe disminuir y la solución se vuelve más básica.

Los iones H+ (aq) y OH– (aq) siempre están presentes en las soluciones acuosas que

están en equilibrio con el solvente. Los iones H+ (aq) y OH– (aq) pueden reaccionar

con otros iones, afectando a las concentraciones de otros iones en la solución. Por

este motivo, se hacen referencias a las concentraciones de H+ (aq) y OH– (aq).

Para facilitar esta referencia, los términos pH y pOH se definen como:


58

pH = - log [H+] y pOH = - log [OH–]

Una relación práctica entre el pH y el pOH puede ser determinada tomando el

logaritmo negativo (indicado por una p) de Kw,, resultando en:

p Kw, = - log Kw, = - log [H+] - log [OH–]

Usando las definiciones anteriores de pH y pOH, podemos determinar que:

p Kw, = pH + pOH

como a 25ºC Kw, = l,0 x 10–14, entonces

pKw = - log Kw, = 14, y pH + pOH = 14

Esta relación de ácidos y bases con valores para pH y [H+] más pOH y [OH–], está

ilustrada en la Fig. 2-12 Nótese que los valores bajos de pH corresponden a los

ácidos y los valores bajos de pOH corresponden a las soluciones básicas. Un cambio

de una unidad de pH o pOH corresponde a un cambio diez veces más grande de la

concentración molar. Una solución que tiene un pH 2 no es el doble de ácida que una

solución que tiene un pH 4; es 100 veces más ácida que una solución con un pH 4.


59

Fig. 2-12 Escala de pH, pOH, ácidos y bases 2-2.8 Ácidos, bases, sales, hidrólisis y soluciones “buffer” Ácidos. se pueden definir, como sustancias que cuando esta disueltas en agua se

disocian, dando iones hidrógenos como únicos iones positivos:

Ácido clorhídrico.................. HCl H+ + Cl-

Ácido nítrico………………….HNO3 H+ + NO3-

En realidad los iones hidrógenos, H+ (o protones), no existen en solución acuosa al

estado libre, pues se combinan con una molécula de agua formando el ion hidrónio,

pH [H+] [OH-] pOH

0 1 Acidos .10-14 141 .10-1 .10-13 132 .10-2 .10-12 123 .10-3 .10-11 114 .10-4 .10-10 105 .10-5 .10-9 96 .10-6 .10-8 87 .10-7 Neutro .10-7 78 .10-8 .10-6 69 .10-9 .10-5 5

10 .10-10 .10-4 411 .10-11 .10-3 312 .10-12 .10-2 213 .10-13 .10-1 114 .10-14 Bases 1 0


60

H3O+. El ion hidrónio es un protón hidratado. Es usual distinguir entre ácidos que

están total o casi totalmente disociados en solución y los que están muy poco

disociados. Los primeros se llaman ácidos fuertes (ejemplos: ácidos clorhídrico,

yódico, nítrico) y los segundos, ácidos débiles (ejemplo: ácido acético)

Bases. se pueden definir, como sustancias que cuando están disueltas en agua se

disocia dando iones hidróxidos, OH- como únicos iones negativos o como sustancias

capaces de combinarse con los iones hidrogeno. Así los hidróxidos de sodio, potasio y

otros metales están casi totalmente disociados en solución acuosa:

Hidróxido de sodio …………..NaOH Na+ + OH-

Hidróxido de bario …………..Ba(OH)2 Ba++ + 2 OH-

estas son bases fuertes. En cambio una solución de hidróxido de amonio es una base

débil. En solución acuosa, tan solo se produce una pequeña concentración de iones

oxidrilo:

NH4OH NH4+ + OH- o NH3 + H2O NH4

+ + OH-

Sales, son simplemente combinaciones del anión (ion negativo) de un ácido y el

catión (ion positivo) de una base.

Acidos y Bases Debiles, son electrolitos débiles poco disociados , tales como el

ácido acético y el hidróxido de amonio, los cuales experimentan una disociación

reversible cuando se disuelven en agua.

En una solución diluida de ácido acético el equilibrio es


61

CH3COOH H+ + CH3COO-

Aplicando la ley de acción de masa, se tiene:

[H3O+][CH3COO-]

Ka = -------------------------

[CH3COOH]

Ka es la constante de ionización o constante de disociación, para una cierta

temperatura y la fracción de mol en que esta disociado el acido, se denomina grado

de disociación α. La relación entre el grado de disociación, α, y la constante de

disociación, Ka, es la siguiente:

α = fracción ionizada por molécula

1 - α = fracción sin ionizar

C = Concentración de la solución

Fracción ionizada = [H3O+] = [CH3COO-] = Cα

Fracción sin ionizar = [CH3COOH] = C(1 - α)

[Cα][ Cα] [C α]2

Ka = ----------------- = ----------

C(1 -α) C(1 -α)

En una solución diluida de hidróxido de amonio el equilibrio es

NH4OH NH4 + + OH-


62

Aplicando la ley de acción de masa, se tiene:

[NH4+][OH-]

Kb = -----------------

[NH4OH]

Kb es la constante de ionización o constante de disociación, para una cierta

temperatura y la fracción de mol en que esta disociada la base, se denomina grado

de disociación α. La relación entre el grado de disociación, α, y la constante de

disociación, Kb, es la siguiente:

α = fracción ionizada por molécula

1 - α = fracción sin ionizar

C = Concentración de la solución

Fracción ionizada = [NH4+] = [OH-] = Cα

Fracción sin ionizar = [NH4OH] = C(1 - α)

[Cα][ Cα] [C α]2

Kb = --------------- = ----------

C(1 -α) C(1 -α)

Hidrólisis. La hidrólisis de una sal es la reacción de uno o ambos de sus iones con el agua, con

formación de un ácido o una base o ambos.

a)Si la sal procede de un ácido fuerte y una base fuerte, como el KCl, en este caso la

solución es neutra. Porque el anión Cl- es una base débil y el catión K+ es un ácido


63

débil, por lo que la reacción de estos iones con el agua es despreciable y la disolución

es neutra

Cl- + H2O HCl + OH-

K+ + H2O KOH + H+

Es decir, en la disolución hay tantos oxidrilos como hidrónios, por lo cual es neutra

b)Si la sal procede de un ácido fuerte y una base débil, como CuSO4, la solución tiene

carácter ácido. Porque en este caso el anión SO4= es una base débil, por lo que el

SO4= no reacciona prácticamente con el agua; pero el catión Cu++ si lo hace con

bastante extensión y, por lo tanto, la disolución es ácida, por ser la [H+] mayor que la

[OH-]

SO4= + H2O HSO4

- + OH-

Cu++ + H2O Cu(OH)+ + H+

c)Si la sal procede de un ácido débil y una base fuerte, como Na2CO3 , la solución

tiene carácter básico. Porque en este caso el anión CO3= es una base fuerte, mientras

que el catión Na+ es un ácido muy débil, por lo que el anión reacciona de manera

apreciable con el agua y forma iones OH- y el catión prácticamente no reacciona y, por

consiguiente , la disolución es alcalina:

CO3= + H2O HCO3

- + OH-

Na+ + H2O NaOH + H+


64

d)Si la sal procede de ácido débil y base débil, como CH3COONH4 , la solución es

neutra, es decir ni ácida ni alcalina. Porque la fuerza del anión, CH3COO- , como base,

y la del catión, NH4+, como ácido, son casi idénticas y, por tanto reaccionan con el

agua en la misma extensión y apreciablemente (por ser ambos algo fuertes); pero la

disolución continua siendo neutra, por ser iguales las concentraciones de los iones H+

y OH- e igual cada uno a 10-7, con lo cual se mantiene constante el producto iónico del

agua

CH3COO- + H2O CH3 COOH + OH-

NH4+ + H2O NH4OH + H+

Soluciones “buffer” Ciertas soluciones, llamadas soluciones amortiguadoras, resisten a grandes cambios

de pH cuando se añade una base o un ácido a una solución. Muchos líquidos y

productos químicos de tratamiento del lodo usados en el campo petrolífero son

soluciones amortiguadoras. Las soluciones amortiguadoras se componen

generalmente de un ácido débil con su sal, o una base débil con su sal.

La acción amortiguadora de una solución que se compone de un ácido débil más una

sal del mismo ácido ocurre porque:

• La base añadida reacciona con el ácido débil para formar una mayor cantidad

del ion común, y

• El ácido añadido reacciona con el ion común para producir el ácido débil.


65

Un ejemplo de un ácido débil es el ácido carbónico (H2CO3) y el de una base débil es

el hidróxido de amonio (NH4OH).

Si se añade una pequeña cantidad de ácido fuerte, tal como HCl, al agua pura o a una

solución diluida de ácido en agua, la concentración de iones hidrógeno del agua o de

la solución aumentará considerablemente. Sin embargo, si se añade la misma

pequeña cantidad de ácido a una solución amortiguadora que contiene un ácido débil

y la sal soluble de este ácido, el aumento de la concentración de iones hidrógeno es

tan leve que será considerado insignificante a efectos prácticos.

Los aniones de la sal del ácido débil aceptaran los iones H+ a medida que se añadan,

y reaccionaran con éstos para formar una cantidad adicional del ácido débil. El

resultado neto es que la concentración de iones hidrógeno cambiara muy poco; y el pH

tampoco cambiara mucho.

Este fenómeno puede producirse muy fácilmente cuando el ingeniero de lodos está

valorando (con un ácido) los puntos finales de alcalinidad. En los fluidos que contienen

muchos carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos, tan pronto como los carbonatos se

convierten en bicarbonatos, una solución amortiguadora empieza a desarrollarse,

resistiendo a los cambios de pH.

La trietanolamina, la cal y el óxido de magnesio son productos químicos usados para

amortiguar los sistemas de lodo sensibles al pH. El amortiguamiento puede ser muy

ventajoso para mantener propiedades estables de los fluidos y resistir a los efectos

perjudiciales de varios contaminantes.


66

2-2.9 Producto de Solubilidad

Experimentalmente se comprueba que para electrolitos escasamente solubles (es

decir aquellos cuya solubilidad es menor que 0,01 moles por litro) el producto de las

concentraciones molares de los iones es constante, para cada temperatura.

Este producto K se denomina producto de solubilidad

Para un electrolito binario

AB A- + B+

KAB = [A-] x [B+]

En general, para un electrolito AmBn que se ioniza en mAn- y nBm+ iones:

AmBn mAn- + nBm+

tendrán un producto de solubilidad definido por:

KAB = [An-]m x [Bm+]n

2-2.10 Volumetría

Volumetría o análisis químico cuantitativo por medición de volúmenes, consiste

esencialmente en determinar el volumen de una solución de concentración conocida


67

(solución valorada) , que se requiere para la reacción cuantitativa, con un volumen

dado de solución de la sustancia en análisis

La solución de concentración conocida en equivalentes gramo por litro sé denomina

solución valorada. La cantidad de sustancia que se determina sé calcula conociendo el

volumen de la solución valorada empleada y aplicando las leyes de la equivalencia

química

V1 x N1 = V2 x N2 = numero de equivalentes (eq)

Las reacciones empleadas en volumétrica se dividen en tres clases principales:

a) Reacciones de neutralización, acidimetría y alcalimetría

b) Reacciones de precipitación y de formación de complejos

c) Reacciones de oxidación-reducción

2-3. ANALISIS QUIMICOS Y FISICOS QUIMICOS 2-3.1 Capacidad de Azul de Metileno (Intercambio Catiónico).

Es una indicación de la cantidad de arcillas reactivas (bentonita y/o sólidos de

perforación) presentes. La capacidad de azul de metileno da un estimado de la

capacidad de intercambio cationico (CEC) de los sólidos del fluido de perforación.

Se agrega solución de azul de metileno a una muestra de fluido de perforación (la

cual ha sido tratada con peroxido de hidrógeno y acidificada) hasta que se satura,


68

formándose una mancha azul alrededor de una gota de sólidos suspendidos

colocados en un papel de filtro.

El fluido de perforación frecuentemente contiene sustancias, además de las arcillas

reactivas, que adsorben azul de metileno. Un pretratamiento con peroxido de

hidrógeno se usa para eliminar los efectos de materiales orgánicos tales como

lignosulfonatos, lignitos, poliacrilatos, polímetros celulósicos, etc.

Equipos y reactivos

1. Solución de azul de metileno: que contenga 3,20 g de azul de metileno grado

reactivo (C16H18N3SCl) por litro.

2. Peróxido de hidrógeno: solución al 3% v/v

3. Jeringa: 2,5 o 3 mililitros

4. Bureta: 10 mililitros

5. Ácido sulfúrico diluido: aproximadamente 5N

6. Matraz Erlenmeyer: 250 mL

7. Plancha de calentamiento

8. Varilla de agitación

10. Papel de filtro whatman Nº 1 de 11 centímetros de diámetro, u otro equivalente

Procedimiento

1. Agregue 2 mL de fluido (o un volumen apropiado de fluido para requerir entre 2 y

10 mL de reactivo) a 10 mL de agua en el matraz Erlenmeyer. Agregue 15 mL de

peróxido de hidrógeno al 3% v/v y 0,5 mL de ácido sulfúrico 5N. Hierva

suavemente durante 10 minutos, sin dejar evaporar completamente la muestra.

Diluya hasta unos 50 mL, utilizando agua destilada.


69

2. Agregue al matraz la solución de azul de metileno en incrementos de 0,5 mL.

Después de cada adición de 0,5 mL, agite el contenido del matraz durante unos 30

segundos. Mientras los sólidos están aún suspendidos, saque una gota del líquido

y colóquela sobre el papel de filtro. El punto final se alcanza cuando aparece un

anillo azul alrededor de los sólidos coloreados.

3. Cuando se detecta la coloración azul que se va propagando, agite el matraz durante

otros 2 minutos y coloque otra gota sobre el papel de filtro.

4. Si aún es evidente el anillo azul, esto significa que se alcanzó el punto final. Si no

aparece el anillo, continúe como se indicó en 3 hasta que 1 gota tomada después

de agitar 2 minutos muestre el anillo azul. Ver Fig. 2-13.

Fig. 2-13 Ensayos por gotas, titulación con azul de metileno


70

5. Registre el intercambio catiónico del fluido como la capacidad de azul de metileno,

calculada de la manera siguiente:

mL de azul de metileno

Capacidad de azul de metileno = ---------------------------------

mL de fluido

Bentonita equivalente = 5 x capacidad de azul de metileno

2-3.2 Concentración Iónica de Hidrógeno (pH).

El valor de pH descrito anteriormente se puede determinar por los siguientes

métodos:

• Método Cintas de pH, las cintas de pH pueden ser de intervalo ancho, para

permitir una estimación del pH con una precisión de 0,5, o más de intervalo

estrecho, para una estimación del pH con una precisión de 0,2. Ver Fig. 2-14.

• Método pHmetro, donde se emplea un electrodo de vidrio. Este medidor de pH

consiste en un sistema de electrodo de vidrio, un amplificador electrónico y un

medidor calibrado en unidades de pH. Ver Fig. 2-15


71

Fig. 2-14 Cintas para medir pH Fig. 2-15 pHmetro portátil Procedimiento Cintas de pH 1. Coloque una cinta de papel indicador de 1 pulgada (25 mm) en la superficie del

fluido y espere hasta que el líquido haya mojado la superficie del papel y el color se

haya estabilizado (generalmente, no más de 30 segundos).

2. Compare el color en la parte del papel que ha estado en contacto con el fluido con

los patrones de color que vienen con la cinta y estime el pH del fluido.

3. Registe el pH del fluido con una precisión de 0,5 o 0,2, dependiendo de la escala de

la tabla de colores para el papel utilizado.

Procedimiento pHmetro 1. Realice los ajustes necesarios para normalizar el medidor con soluciones

amortiguadoras apropiadas, según las instrucciones que vienen con el instrumento.

2. Introduzca los electrodos en el fluido que se encuentra en un pequeño recipiente de

vidrio. Agite el fluido alrededor de los electrodos dándole vueltas al recipiente.

3. Mida el pH del fluido según las instrucciones que vienen con el instrumento. Una

vez que la lectura del medidor se mantenga constante, registre el pH con una

precisión de 0,1.


72

Nota: Para una medición precisa del pH, el fluido de prueba, la solución amortiguadora y el electrodo de referencia deberán estar todos a la misma temperatura.

2-3.3 Alcalinidad (Pf, Mf, Pm y Contenido de Cal).

La alcalinidad se puede considerar como el poder neutralizante de ácidos de una

sustancia. En los análisis de los fluidos de perforación las medidas de alcalinidad

pueden ser hechas tanto al lodo completo (indicado con el subíndice m) como al

filtrado (indicado con el subíndice f). La información obtenida del análisis de

alcalinidad también sirve para calcular las concentraciones de iones oxidrilos (OH-)

bicarbonatos (HCO3-) y carbonatos (CO3

=) en el fluido de perforación.

Equipos y reactivos

1. Solución ácida valorada 0,02N (N/50): ácido sulfúrico o nítrico.

2. Solución indicadora de fenolftaleína: 1 g/100 mL de alcohol al 50%.

3. Solución indicadora de anaranjado de metilo: 0,1 g por cada 100 mL de agua.

4. Recipiente de titulación: 100 a 150 mL, preferiblemente blanco

5. Pipetas graduadas: 1 mL y 10 mL.

6. Pipeta volumetrica : 1 mL

7. Jeringa de 1 mL


9. Medidor de pH de electrodo de vidrio (opcional)


73

Procedimiento Alcalinidad del filtrado Mediante este procedimiento determinamos:

Pf, definido como los mililitros, de ácido 0,02 N, requeridos para titular 1 mililitro de

filtrado del fluido de perforación al cambio de la fenoltaleina o pH 8,3

Mf, definido como los mililitros, de ácido 0,02 N, requeridos para titular 1 mililitro de

filtrado del fluido de perforación, desde el inicio de la titulación de alcalinidad hasta el

cambio del anaranjado de metilo o pH 4,3

1. Coloque 1 mL o más de filtrado en el recipiente de titulación. Agregue 2 o 3 gotas

de solución indicadora de fenolftaleína. Si el color del indicador cambia a rosado,

agregue ácido 0,02N (N/50) gota a gota, con la pipeta, mientras continúa

agitando, hasta que el color rosado apenas desaparezca. Si el color de la muestra

es tal que se enmascara el cambio de color del indicador, el punto final se toma

cuando el pH cae a 8,3, según lo que se mide con el electrodo de vidrio.

2. Registre Pf como el número de mL de ácido 0,02N (N/50) requeridos por mL

de filtrado.

3 A la muestra que ha sido titulada hasta el punto final Pf, agregue 2 o 3 gotas de

indicador de anaranjado de metilo. Agregue ácido, gota a gota, utilizando la pipeta,

mientras continúa agitando, hasta que el color del indicador cambie de amarillo a

rosado. Si el color de la muestra es tal que el cambio de color del indicador no

es evidente, el punto final se toma cuando el pH cae a 4,3, según lo que se mide

con el electrodo de vidrio.


74

4. Registre Mf como los mL totales de ácido 0,02N (N/50) por mL de filtrado requeridos

para alcanzar el punto final con el anaranjado de metilo (incluyendo los requeridos

para el punto final Pf).

Alcalinidad del lodo

Mediante este procedimiento determinamos:

Pm, definido como los mililitros, de ácido 0,02 N, requeridos para titular 1 mililitro de

fluido de perforación al cambio de la fenoltaleina o pH 8,3

1. Lleve 1 mL de lodo al recipiente de titulación. Diluya la muestra de fluido con 25 a

50 mL de agua destilada. Agregue 4 o 5 gotas de indicador de fenolftaleína y,

mientras agita, titule rápidamente con ácido 0,02N (N/50), hasta que desaparezca

el color rosado. Si se enmascara el color de la muestra, el punto final se toma

cuando el pH caiga hasta 8,3, según lo que se mide con el electrodo de vidrio Si se

sospecha de contaminación con cemento, se debe hacer la titilación lo mas rápido

posible y el punto final es la primera desaparición del color rosado

2. Registre Pm como el número de mL de ácido 0,02 N (N/50) requeridos por mL de

fluido.

Estimado del contenido de Cal

1. Determine la alcalinidad de fenolftaleína del filtrado y el fluido, Pf y Pm.

2. Determine la fracción de volumen del agua en el fluido (Fw), dividiendo entre 100 el

% en volumen de agua obtenido con el ensayo de la retorta

3. Registre el contenido de cal del fluido:


75

Cálculos

Cal, lbm/bl = 0.26 ( Pm – Fw Pf )

Cal, kg/m3 = 0.742 ( Pm – Fw Pf )

donde:

Fw = fracción de agua

Pm = alcalinidad a la fenoltaleina del fluido de perforación

Pf = alcalinidad a la fenoltaleina del filtrado

Las concentraciones de bicarbonato, carbonatos e hidróxido en solución en el fluido de

perforación puede estimarse usando la Tabla 2-2

Tabla 2-2 Cálculo de las concentraciones de hidróxido, carbonato y bicarbonato

CONCENTRACIONES DE DIFERENTES IONES (mg/L)Hidroxido Carbonato Bicarbonato

Pf = 0 0 0 1220 Mf

2Pf < Mf 0 1200Pf 1200(Mf - 2Pf)2Pf = Mf 0 1200Pf 02Pf > Mf 340(2Pf - Mf) 1200(Mf - Pf) 0Pf = Mf 340Mf 0 0


76

Método alternativo (P1/P2) para determinación de la alcalinidad

Este método de titulación por retroceso fue desarrollado para superar los posibles

errores que se pudiesen cometer en la estimación del valor Mf en lodos que contienen

aditivos que pudiesen ser valorados como bicarbonatos en ese paso del análisis.

Equipos y reactivos

1. Solución ácida valorada 0,02N (N/50): ácido clorhídrico

2. Solución de hidróxido de sodio, 0,1 N (N/10).

3. Solución de cloruro de bario, 10% p/v

4. Indicador de fenolftaleína: 1 g/100 mL de alcohol al 50 % v/v

5. Agua desionizada.

6. Papel pH o medidor de pH con electrodo de vidrio.

7. Recipiente de valoración, 100 a 150 mL, preferiblemente blanco.

8. Pipetas: 1 mL, 2 mL y 10 mL.

9. Bureta automática: 25 mL

10. Cilindros graduados: 25 mL y 5 ó 10 mL.

11. Varilla de agitación.

Procedimiento P1

1. Determine la alcalinidad a la fenoltaleina del filtrado (Pf)

2. Mida 1 mL de filtrado dentro del recipiente de valoración y añada 24 mL de agua

desionizada.

3. Añada 2 mL de hidróxido de sodio 0,1 N y agite bien. Mida el pH con el papel pH o

el medidor de pH. Si el pH es 11,4 o mayor, pase a la siguiente etapa. Si el pH es

menor de 11,4, añada 2 mL más de hidróxido de sodio 0,1 N.


77

4. Utilizando el cilindro graduado, mida 2 mL de cloruro de bario y añadalo al

recipiente de valoración. Añada 2 a 4 gotas de fenolftaleína, agitando

5. Valore inmediatamente la mezcla con ácido clorhídrico, hasta que el color rosado

empiece a desaparecer (o hasta obtener el pH 8,3 con el medidor de pH). El color

puede reaparecer después de poco tiempo; suspender la valoración.

6. Indique la alcalinidad, P1, como el volumen (mL) de ácido clorhídrico 0,02 N

requerido para valorar el punto final de fenolftaleína.

Procedimiento: P2 (en blanco)

1. Omita el filtrado, pero por lo demás repita el mismo procedimiento que fue ejecutado

para P1, utilizando exactamente las mismas cantidades de agua y reactivos. Valore

utilizando los mismos procedimientos que para P1.

2. Indique la alcalinidad, P2, como el volumen (mL) de ácido clorhídrico 0,02 N

requerido para valorar hasta el punto final de fenolftaleína.

Cálculos

Dentro de las limitaciones, las diferentes alcalinidades iónicas pueden ser calculadas

de la siguiente manera:

Cuando P1 > P2

OH– (mg/L) = 340 x (P1 – P2)

CO3=

(mg/L) = 1.200 x [Pf – (P1 – P2)]

Cuando P1 < P2

HCO3- (mg/L) = 1.220 x (P2 – P1)

CO3=

(mg/L) = 1.200 x Pf


78

2-3.4 Prueba del Tren de Gas de Garrett (GGT) para Carbonatos. Este procedimiento utiliza el Tren de Gas de Garrett, analizando los carbonatos

solubles en una muestra de filtrado de un fluido de perforación base agua. El tubo

Dräger de CO2 responde al gas CO2 que pasa por él, volviéndose morado. La longitud

de la mancha depende principalmente de la cantidad de CO2 presente, pero también

es sensible al caudal y al volumen total de gas que pasa a través del tubo. Por lo tanto,

para obtener resultados más precisos, el gas que sale del tren de gas debe primero

ser capturado en una bolsa 1-L para permitir que el CO2 se mezcle uniformemente

con el gas portador. Los tubos Dräger de CO2 son muy sensibles al uso incorrecto. El

filtrado no debe contener sólidos. Por lo tanto se debe desechar el primer chorro de

filtrado, porque éste puede contener partículas de CaCO3 que pueden causar errores

por sobreestimación. Se hace pasar el contenido de la bolsa desde la bolsa a través

del tubo Dräger mediante 10 carreras de la bomba de mano Dräger. Esta técnica

producirá la aspiración de un volumen exacto de 1 litro de gas a través del tubo.

Equipos 1. Agua desionizada.

2. Antiespumante de alcohol octílico.

3. Ácido sulfúrico, aproximadamente 5 N, de calidad para reactivos.

4. Aparato del Tren de Gas de Garrett.

5. Tubo de análisis de CO2 Dräger, marcado “CO2 100/a” de 100 a 3.000 ppm. Factor

= 2,5 (verificar si el factor ha cambiado).

6. Bolsa de gas 1-L Dräger, nº 762425.

7. Bomba manual de vacío del “Detector de Múltiples Gases” Dräger.

8. Llave de paso de cristal, 8 mm, calibre de dos vías.


79

9. Jeringas hipodérmicas: una de 10 mL con una aguja de calibre 21 (para el ácido),

una de 10 mL, una de 5 mL y una de 2,5 mL.

10. Cartuchos de gas N2O. También se puede usar gas de nitrógeno o helio en

botellas. Estos cartuchos no deben ser usados en ninguna otra prueba.

Procedimiento 1. Verifique que el tren esté limpio, seco y sobre una superficie nivelada.

2. Con el regulador aflojado, instale, como gas de arrastre; un cartucho de N2O o una

fuente de nitrógeno de alta pureza. No debe usar el aire comprimido ni un

cartucho de CO2.

3. Añada 20 mL de agua desionizada a la Cámara 1.

4. Añada 5 gotas de antiespumante a la Cámara 1.

5. Instale la parte superior sobre el tren de gas y apriete a mano uniformemente para

sellar todas las juntas tóricas.

6. Conecte el tubo flexible del regulador sobre el tubo de dispersión de la Cámara 1.

7. Pase gas de arrastre por 1 minuto para purgar el sistema y revisar si hay fugas

8. Vacíe completamente la bolsa de gas y simultáneamente revise el sistema por

fugas. Para hacer eso, conecte la bolsa de gas y la bomba Dräger usando la llave

de paso de dos vías (Utilice un tubo Dräger usado para hacer la conexión e inicie

con la bolsa completamente vacía) Presione completamente la bomba Dräger y

libérela. Cuando la bolsa esta completamente vacía y libre de fugas, la bomba

Dräger permanecerá desinflada por algunos minutos. Si se detecta fuga, es decir,

la bomba se infla revise la bomba y todas las conexiones. Para revisar la bomba

use un tubo Dräger nuevo, sin romper, colocándolo en la punta de la bomba, la

cual deberá permanecer desinflada después de haberla presionado, indicando que

no hay entrada de aire y por lo tanto esta en buenas condiciones


80

9. Inyecte una muestra de filtrado medida con precisión, según lo especificado en la

Tabla 2-3, dentro de la Cámara 1, usando la jeringa (ver la Fig. 2-16). Haga

circular el gas portador a través del tren durante 1 minuto, para purgar el aire del

sistema. Interrumpa el flujo de gas.

Fig. 2-16 Tren de Gas de Garrett (GGT) para Carbonatos

10. Instale un extremo de un tubo flexible dentro de la llave de cierre que está

conectada directamente dentro de la bolsa de gas. La bolsa de gas debe estar

completamente desinflada. Acople el otro extremo del tubo con el tubo de descarga

de la Cámara 3.

11. Inyecte lentamente 10 mL de ácido sulfúrico dentro de la Cámara 1 a través del

diafragma de caucho, utilizando la jeringa hipodérmica y la aguja. Agite con

cuidado el tren de gas para mezclar el ácido con la muestra en la Cámara 1.

12. Abra la llave de paso del lado de la bolsa de gas. Reanude lentamente el flujo de

gas de arrastre y deje que la bolsa se llene. Evite que se reviente la bolsa una vez


81

que esté llena, interrumpa el flujo de gas de arrastre y cierre la llave de paso. Pase

inmediatamente a la Etapa 13.

13. Retire el tubo de la descarga de la Cámara 3 e instale de nuevo en el lado

corriente arriba del tubo Dräger de CO2, después de desconectar las extremidades

del tubo Dräger (obsérvese que la flecha indica la dirección de flujo del gas).

Conecte la bomba manual Dräger al otro extremo del tubo Dräger.

14. Abra la llave de paso en la bolsa. Ejerciendo una presión con la mano, aprete

completamente la bomba manual y suéltela para que el gas salga de la bolsa y

pase a través del tubo Dräger. Opere la bomba manual dando 10 carreras, lo cual

debería esencialmente vaciar la bolsa de gas. Si se requiere mas de diez carreras

significa que hubo fugas, por lo tanto se debe repetir el análisis

15. La presencia de una mancha morada en el tubo Dräger significa que CO2 estaba

presente dentro de la bolsa de gas. Registe la longitud de la mancha en unidades

marcadas sobre el tubo Dräger.

Tabla 2-3 . Identificación del tubo drager, volumen de muestra y factor del tubo ha usarse para varios rangos de carbonato

Rango de Volumen Identificacion Factor de carbonato de muestra del tubo usado

(mg/L) (mL) tubo drager en el calculo25 - 750 10,0 CO2 100/a 2,5

50 - 1500 5,0 CO2 100/a 2,5100 a 1500 2,5 CO2 100/a 2,5250 a 7500 1,0 CO2 100/a 2,5


82

Cálculos

Usando el volumen de muestra medido, la longitud de la mancha morada del tubo

Dräger y el factor de tubo de 2,5 (ver la Tabla 2-3), calcule la cantidad de carbonatos

solubles en la muestra de filtrado usando la siguiente ecuación:

long. mancha del tubo x 2,5

Carbonatos (mg/L) = --------------------------------------

mL de muestra de filtrado

OBSERVACIÓN: El aparato del tren de gas DEBE ser limpiado después de cada uso

o el ácido utilizado causará daños graves al equipo. Para limpiar el tren de gas, retire

el tubo flexible y la parte superior. Lave las cámaras con agua caliente y un detergente

suave, utilizando un cepillo. Utilice un producto de limpieza para tubos para limpiar los

conductos entre las cámaras. Lave, enjuague y seque los tubos de dispersión

soplando aire o gas N2O. Enjuague la unidad con agua desionizada y deje que se

seque al aire. El óxido nitroso no se debe usar para ninguna otra prueba, o como

fuente de gas. Este gas puede producir una explosión si no se usa correctamente en

otras aplicaciones.

(NUNCA se debe usar como fuente de gas para la celda o filtración de Alta Temperatura, Alta Presión (ATAP) – sólo el Tren de Gas de Garrett para carbonatos.)


83

2-3.5 Determinación del Contenido de Ión Cloruro (Cl-).

Mediante esta prueba se determina el contenido de cloruro en el fluido de perforación,

esto es muy importante en las áreas donde la sal puede contaminar el fluido de

perforación. Esta sal puede provenir del agua de preparación, sacos, capas

discontinuas, estratos o corrientes de agua salada.

Equipos y reactivos

1. Solución de nitrato de plata: que contenga 4,791 g/L (equivalente a 0,001 g de ión

cloruro por mililitro), la cual se deberá mantener, preferiblemente, en una botella

color ámbar.

2. Solución indicadora de cromato de potasio: 5 g/100 mL de agua.

3. Solución de ácido: ácido sulfúrico o nítrico 0,02N

4. Solución indicadora de fenolftaleína: 1 g/100 mL de alcohol al 50%.

5. Carbonato de calcio: precipitado, de grado químicamente puro.

6. Agua destilada

7. Pipetas graduadas: 1 mL y 10 mL

8. Recipiente de titulación: 100 a 150 mL, preferiblemente blanco.


Procedimiento

1. Mida 1 mL o más de filtrado en el recipiente de titulación. Agregue 2 o 3 gotas de

solución de fenolftaleína. Si el color del indicador cambia a rosado, agregue el

ácido gota a gota, con la pipeta, mientras sigue agitando, hasta que el color

desaparezca. Si la coloración del filtrado es intensa, agregue 2 mL de ácido


84

sulfúrico o nítrico 0,02 normal (N/50) y agite. Ahora añada 1 g de carbonato de

calcio y agite.

2. Agregue 25 a 50 mL de agua destilada y 5 a 10 gotas de solución de cromato de

potasio. Agite de manera continua mientras agrega la solución patrón de nitrato de

plata gota a gota, con la pipeta, hasta que el color cambie de amarillo a rojo

naranja y se mantenga así durante 30 segundos. Registre el número de mL de

nitrato de plata requeridos para alcanzar el punto final. Si se emplean más de 10

mL de solución de nitrato de plata, repita la prueba con una muestra más pequeña

del filtrado.

Cálculos mL de nitrato de plata x 1000

Cloruro (mg/L) = ---------------------------------------

mL de filtrado

Nota: Si la concentración del ión cloruro en el filtrado excede 10.000 mg/L, se puede

utilizar una solución de nitrato de plata equivalente a 0,01 g de ión cloruro/mL.

En ese caso, el factor 1.000 en la ecuación anterior se substituye por 10.000.

2-3.6 Determinación de la dureza como calcio.

Determinación cualitativa de dureza total

La presencia de calcio y magnesio se puede determinar cualitativamente usando:

un tubo de ensayo y un gotero con solución saturada de oxalato de amonio, mediante

el procedimiento siguiente:


85

Coloque 1 mL de filtrado dentro del tubo de ensayo y añada unas gotas de oxalato de

amonio saturado. La formación de un precipitado blanco indica la presencia de calcio.

Determinación cuantitativa de la dureza total

La determinación cuantitativa de la dureza total se hace titulando los iones calcio y

magnesio con una solución de ácido etilendiamintetracetico a pH 10, usando camalgita

como indicador el cual tiene un cambio de rojo a azul.

Equipos y Reactivos 1. Solución estandarizada de EDTA 0,02 normal

2. Amortiguador de dureza: 67,5 gramos de cloruro de amonio y 570 mililitros de

hidróxido de amonio diluidos hasta un litro con agua destilada.

3. Indicador de dureza: 1 gramo por litro de camalgita o equivalente, acido 1-(1-

hidroxi-4-metil-2-fenilazo)-2-naftol-4-sulfónico en agua destilada.

4. Agua destilada

5. Pipetas serológicas: 10 mL y 5 mL.

6. Cápsula para titulación

7. Pipetas volumétricas:1 mL, 2 mL y 5 mL

8. Plancha de calentamiento (se requiere si el filtrado presenta un color oscuro)

9. Ácido acético glacial

10. Solución de hipoclorito de sodio: al 5,25 % p/v en agua desionizada

11.Agente de enmascaramiento: mezcla 1:1:2 en volumen de trietanolamina:

tetraetilenpentamina: agua

12. Papel pH


86

El agua desionizada y la solución de hipoclorito de sodio deben ser analizada para

dureza, usando 50 mL de agua desionizada con 10 mL de hipoclorito, siguiendo el

procedimiento que se menciona abajo y de encontrarse se debe corregir el valor de la

dureza encontrado

Procedimiento

1. Con la pipeta, lleve 1 mL de filtrado del fluido a una cápsula de titulación. Si el

filtrado es transparente o con una coloración muy ligera, omita los pasos 2 al 5.

2. Agregue 10 mL de hipoclorito y mezcle.

3. Agregue 1 mL de ácido acético y mezcle.

4. Hierva durante 5 minutos. Mantenga el volumen agregando agua desionizada. Se

necesita hervir para remover exceso de cloro. La ausencia de cloro puede ser

verificada introduciendo la cinta de papel pH en la muestra. Si el papel es

decolorado se necesita continuar hirviendo la muestra

Nota: trabaje en una área adecuadamente ventilada

5. Enfríe y lave los lados del vaso de precipitados con agua desionizada.

6. Diluya hasta 50 mL con agua desionizada

7. Agregue unos 2 mililitros de amortiguador de dureza y entre 2 y 6 gotas de

indicador de dureza.

8. Titule con la solución de EDTA 0,02 N, agitando el contenido de la cápsula de

titulación hasta que el color del indicador cambie de vino tinto a azul.

Nota: La existencia de hierro soluble puede interferir en la determinación del punto final. Esto se puede evitar añadiendo 1 mL de agente de enmascaramiento por cada titulación


87

Cálculos mL de EDTA x 400

Dureza total como calcio (mg/L) = --------------------------

mL de filtrado

Determinación del Calcio sólo en el filtrado de fluido

La determinación cuantitativa de el calcio solo se hace titulando los iones calcio, con

una solución de EDTA, después de precipitar los iones magnesio a pH 12-13, usando

calver II como indicador el cual tiene un cambio de violeta a púrpura.

Equipos y Reactivos para calcio 1. Solución estandarizada de EDTA 0,02 normal

2. Solución de NaOH: 1 normal

3. Indicador de calcio: calver II o azul de hidroxinaftol

4. Ácido acético glacial

5. Cápsula de titulación o vaso de precipitados

6. Pipetas volumétricas: 1 mL, 2 mL y 5 mL

7. Pipetas graduadas; 1 mL, y 5 mL

8. Plancha calentadora

9. Agente de enmascaramiento: mezcla 1:1:2 en volumen de trietanolamina:

tetraetilenpentamina: agua

10 Paper pH

11 Cilindro graduado: 50 mL


13. Agua desionizada

14. Cuchara


88

El agua desionizada y la solución de hipoclorito de sodio deben ser analizada para

dureza calcica, usando 50 mL de agua desionizada con 10 mL de hipoclorito,

siguiendo el procedimiento que se menciona abajo y de encontrarse se debe corregir

el valor de la dureza encontrado

Procedimiento 1. Con la pipeta, lleve 1 a 2 mL de filtrado del fluido a una cápsula de

titulación o a un vaso de precipitados. Si el filtrado no tiene color o presenta una

ligera coloración, omita los pasos 2 al 5.

2. Agregue 10 mL de hipoclorito y mezcle

3. Agregue 1 mL de ácido acético y mezcle

4 Hierva durante 5 minutos. Mantenga el volumen agregando agua desionizada.

5. Enfríe y lave los lados del vaso de precipitados con agua desionizada.

6. Diluya con 25 a 50 mL de agua desionizada

7. Agregue 3 mL de NaOH 1N o suficiente para obtener un pH de 12-13.

8. Agregue 1 cucharada de indicador de calcio (azul de hidroxinaftol-no utilice el

indicador de dureza total o amortiguador). Si hay Ca++ presente, el color de la

solución cambiará a rosado

9. Agregue 1 mL de agente de enmascaramiento de trietanolamina y mezcle.

10. Titule la muestra con solución de EDTA 0,02 N hasta lograr un color purpura, el

cual es el punto final.

Cálculos mL de EDTA x 400

Dureza como calcio (mg/L) = -----------------------------

mL de filtrado


89

Determinación del Magnesio El contenido de magnesio en el filtrado se puede calcular multiplicando por 0,6075 el

valor de calcio obtenido para la dureza total, expresada como mg/L de calcio menos el

contenido de calcio, obtenido en la determinación de calcio, también expresado como

mg/L .

El factor 0,6075 se obtiene de la división del peso atómico del magnesio entre el peso

atómico del calcio.

2-3.7 Sulfato El ion sulfato se encuentra en muchas aguas naturales. La anhidrita (sulfato de calcio)

se consigue al perforar en algunas áreas y su incorporación en el fluido de perforación

puede traer problemas de alta viscosidad y control de filtrado; razón por la cual es

necesario detectarlo. Cualitativamente detectamos el sulfato como se indica a

continuación:

Equipos y reactivos 1. Tubo de ensayo.

2. Gotero con solución de cloruro de bario de 10% p/v (VENENO. No pipetar con la boca.). 3. Gotero con ácido nítrico fuerte.


90

Procedimiento 1. Coloque aproximadamente 3 mL de filtrado dentro de un tubo de ensayo.

2. Añada unas cuantas gotas de solución de cloruro de bario. La formación de un

precipitado blanco indica la presencia de sulfatos y/o carbonatos. Añada unas

cuantas gotas de ácido nítrico concentrado. Si el precipitado se disuelve, se trata

de carbonato; si no, se trata de sulfato.

3. Registre la cantidad de precipitado que queda después del tratamiento con ácido

como cantidad ligera, mediana o pesada.

Sulfato de calcio

Cuando se esta usando un sistema de fluido dispersante/yeso es necesario conocer

cuanto yeso hay disponible en el sistema

Equipos y reactivos

1. Solución estandarizada de EDTA 0,02 normal

2. Solución de NaOH 1normal

3. Indicador de calcio: calver II o azul de hidroxinaftol

4. Ácido acético glacial.

5. Agente de Enmascaramiento: mezcla de 1:1:2 en volumen de trietanolamina:

tetraetilenopentamina: agua.


7. Agua desionizada

8. Recipiente de valoración, 150 mL.

9. Balón aforado de 250 mL


91

10. Pipetas volumétricas: 1 mL, 5 mL y 10 mL.

11. Pipetas graduadas: 1 mL, 5 mL y 10 mL.

12. Plancha calentadora.

13. Papel pH

14. Cilindros graduados: 10 y 50 mL

15. Retorta

Procedimiento 1. Añada 5 mL de lodo en el balón aforado de 250 mL y enrase con agua desionizada.

2. Filtre con el filtro prensa, desechando la primera porción turbia de filtrado y

guardando solamente el filtrado claro.

3. Tome 10 mL de filtrado y titúlelo con EDTA siguiendo el procedimiento usado en la

determinación de calcio (ver 2-3.6). Registre el número de mL de solución de

EDTA usados como Vt.

4. Limpie el recipiente de valoración y añada aproximadamente 20 mL de agua.

5. Añada 1 mL de filtrado del lodo obtenido en la determinación de perdida de filtrado

API y titúlelo con EDTA siguiendo el procedimiento usado en la determinación de

calcio (ver 2-3.6) . Registre el número de mL de solución de EDTA usados como

Vf

6. Determine la fracción de volumen del agua en el fluido (FW), dividiendo entre 100 el

% en volumen de agua obtenido con el ensayo de la retorta (ver 2-1.6)

Cálculos CaSO4 total (lbm/bl) = 2,38 x Vt

CaSO4 disponible (lbm/bl) = 2,38 x Vt – 0,48 x Fw x Vf


92

donde:

Vt = Número de mL de solución de EDTA 0,02 N utilizados para valorar

10 mL de filtrado claro en la Etapa 3.

Vf = Número de mL de solución de Versenato Estándar utilizados para valorar

1 mL de filtrado de lodo en la Etapa 5.

FW = Fracción de agua dulce del lodo

2-3.8 Potasio (K+). Cuando es necesario determinar la concentración iónica de potasio, cualquiera de los

siguientes procedimientos puede ser utilizado eficazmente.

Concentración de potasio menor de 5.000 mg/L (método de STPB)

El ión potasio se titula por retroceso agregando un volumen conocido de solución

estándar de tetrafenilborato de sodio y titulando el exceso con una sal de amonio

cuaternaria (QAS).

Equipos y reactivos 1. Solución estándar de tetrafenilborato de sodio (STPB) (342,22 g/mol) 8,754 g en

800 mL de agua desionizada. Agregue 10 a 12 g de hidróxido de aluminio, agite

por 10 minutos y filtre. Añada 2 mL de hidróxido de sodio al 20 % p/p al filtrado y

diluya a 1 L con agua desionizada .

2. Solución de sal amónica cuaternaria (QAS), bromuro amónico de

hexadeciltrimetilo (364,45 g/mol) 1,165 g/500 mL de agua desionizada.

3. Solución de hidróxido de sodio (NaOH) (20%); 20 g/80 mL de agua desionizada.


93

4. Indicador de azul de bromofenol. 0,04 g/3 mL de NaOH 0,1 N diluido a 100 mL con

agua desionizada.

5. Pipetas graduadas; 2 mL con subdivisiones de 0,01 mL, 5 mL y 10 mL

6. Cilindros graduados: 25 mL y 100 mL.

7. Embudo: 100 mL.

8. Papel de filtro.

9. Vasos de precipitado: 250 mL

10. Agua destilada o desionizada

Procedimiento

1. Coloque la cantidad apropiada de filtrado dentro de un cilindro graduado de 100 mL,

utilizando la Tabla 2-4 para determinar el tamaño de la muestra. Utilice una pipeta

para medir la cantidad de filtrado y/o muestra diluida.

Tabla 2-4 Tamaño de la muestra de Potasio

2. Añada 4 mL de NaOH con una pipeta de 5 mL, 25 mL de solución de STPB medida

con un cilindro graduado de 25 mL, y suficiente agua desionizada para aumentar el

nivel de la solución hasta la marca de 100 mL.

3. Mezcle y deje reposar durante 10 minutos.

4. Filtre dentro de un cilindro graduado limpio de 100 mL. Si el filtrado está turbio, la

solución debe ser filtrada de nuevo.

Rango de concentracion Filtrado KCL (Lbm/bl) K+ (mg/L) (mL)

0,2 - 1,3 250 - 2.000 .10,01,3 - 2,7 2.000 - 4.000 .5,02,7 - 6,7 4.000 - 10.000 .2,0


94

5. Transfiera 25 mL de filtrado claro (medido con un cilindro de 25 mL) dentro de un

vaso de precipitado de 250 mL.

6. Añada 15 gotas de indicador de azul de bromofenol.

7. Valore con la solución de QAS hasta que el color cambie de morado-azul a azul

claro.

8. Registre el volumen (mL) de solución de QAS utilizado.

Nota: Es importante verificar mensualmente la concentración de la solución de QAS contra la concentración de STPB. Para determinar la relación de concentración, diluya 2 mL de la solución de STPB con 50 mL de agua desionizada. Agréguele 2 mL de NaOH al 20 % y 10 a 20 gotas de indicador azul de bromofenol. Titule con la solución de QAS hasta que el color cambia de morado-azul a azul claro Relación QAS/STPB = mL de QAS ÷ 2

Si la relación es diferente de 4,0 ± 0,05, ésta debe usarse como factor de corrección

en el cálculo de mg/l K+.

Factor de corrección (CF) = 8/QAS(mL)

Cálculos

(25 – mL de QAS) x 1.000

K+ (mg/L) = ------------------------------------

mL de filtrado

Si se requiere aplicar el factor de corrección:


95

( mL de QAS x 4)

25000 – ----------------------------------- x 1000

( relación QAS/STPB )

K+ (mg/L) = -------------------------------------------------------------------

mL de filtrado

Concentración de potasio mayor de 5.000 mg/L (método NaClO4)

El potasio es precipitado en un tubo de centrífuga como perclorato de potasio. Luego

se mide el volumen del precipitado y se compara con una curva de calibración

estándar.

Equipos y reactivos 1. Solución de perclorato de sodio: 150,0 g de NaClO4 por 100 mL de agua destilada.

OBSERVACIÓN: El perclorato de sodio es explosivo en estado seco si se calienta a altas temperaturas o si entra en contacto con agentes reductores orgánicos. El perclorato no es peligroso si se mantiene mojado con agua. Se descompondrá inofensivamente si se dispersa en un cubo de agua y es luego eliminado de manera apropiada.

2. Solución estándar de cloruro de potasio, 14,0 g de KCl llevados a 100 mL con agua

destilada.

3. Tubos centrífugos clínicos de 10 mL, de tipo Kolmer solamente; Corning 8360.

4. Centrífuga, cabeza de rotor de oscilación horizontal (manual o eléctrica), capaz de

producir aproximadamente 1.800 RPM.


96

5. Curva de calibración estándar para cloruro de potasio.

Preparación 1. Calibración de la centrífuga.

a. Si se usa la centrífuga eléctrica, calibre a 1.800 RPM usando el reostato.

b. Si se usa la centrífuga manual, una velocidad relativamente constante de 1.800

RPM puede ser obtenida de la siguiente manera:

• Determine el número de revoluciones del rotor por cada vuelta de la

manivela; i.e. gire muy lentamente la manivela y cuente el número de

revoluciones de la cabeza del rotor durante una vuelta de la manivela.

• Determine el número de vueltas de la manivela requeridas para obtener

1.800 revoluciones de la cabeza del rotor.

• Para mantener una velocidad constante durante 1 minuto, tome el número

requerido de vueltas de la manivela y divídalo por 12. Esto indicará las vueltas

de la manivela requeridas por cada periodo de 5 segundos.

• Ahora, observe la segunda aguja de su reloj. Empiece a accionar la manivela

rápidamente y cuente el número de vueltas de la manivela en 5 segundos. Si el

número es mayor de 10, reduzca un poco la velocidad y cuente las vueltas

durante otro periodo de 5 segundos. Siga ajustando la velocidad hasta que

obtenga el número de vueltas requerido y que logre mantener ese ritmo

con total naturalidad.

2. Preparación de la curva de calibración para cloruro de potasio (ver la Fig. 2-17)

• Prepare soluciones patrones cubriendo la gama de 1 a 8% KCl, añadiendo

0,5, 1, 1,5 y 2,5 mL de la solucion estandar de cloruro de potasio (para cada

3,5 lbm/bl) al tubo centrífugo y diluya hasta 7 mL con agua destilada.

• Añada 3 mL de solución de perclorato de sodio a cada tubo.


97

• Centrifugue durante 1 minuto a 1.800 RPM y lea inmediatamente el volumen de

precipitado.

• Enjuague los tubos y deseche el líquido de una manera apropiada.

• Trace el volumen (mL) de precipitado en relación con el contenido de cloruro

de potasio (lbm/bl) en el gráfico rectangular.

Procedimiento 1. Mida la cantidad apropiada de filtrado, ver la Tabla 2-5, dentro del tubo centrífugo y

diluya hasta 7 mL con agua desionizada.. Añada 3 mL de solución de perclorato de

sodio al tubo (si el potasio está presente, la precipitación ocurre inmediatamente).

¡NO AGITE! Centrifugue a una velocidad constante de aproximadamente 1.800

RPM, durante 1 minuto, y lea inmediatamente el volumen de precipitado. Enjuague

el precipitado del tubo dentro de un cubo de agua.

Tabla 2-5 Tamaño de la muestra de Potasio

OBSERVACIÓN: Para asegurarse que todo el potasio ha sido eliminado, añada 2 a 3 gotas de perclorato de sodio al tubo centrífugo después de centrifugar. La formación de un precipitado significa que no se midió la cantidad total de iones potasio; en este caso, se debe repetir el ensayo con otra muestra según la Tabla 2-5.

Rango de concentracion Filtrado KCL (Lbm/bl) K+ (mg/L) (mL)

3,5 - 18 5.250 - 27.000 .7,018 - 35 27.000 - 52.500 .3,535 - 70 52.500 - 105.000 .2,0

> 70 > 105.000 .1,0


98

2. Determine la concentración de cloruro de potasio comparando el volumen de

precipitado medido con la curva normal (ver la Fig. 2-17).

3. Registre la concentración de potasio como lbm/bl de KCl o kg/m3.

Fig. 2-17 Precipitado de NaClO4 Vs KCl


99

Cálculos La concentración de potasio también se puede registrar como % en peso de KCl.

lbm/bl

KCl (% en peso) = -----------

3,5

lbm/bl x 2,853 = kg/m3 K+ (mg/L) = 1,500 x KCl (lbm/bl)

Si la concentración de KCl excede 21 lbm/bl, se puede mejorar la precisión

2-3.9 Sulfuro de hidrógeno (H2S)

La concentración de sulfuro solubles en un fluido de perforación se puede determinar

mediante la acidificación de una muestra de lodo, dentro de un tren de Garret, para

convertir los sulfuro y bisulfuros en sulfuro de hidrogeno, el cual es desplazado del

liquido por una corriente de gas inerte que lo hace pasar a través de una ampolla

drager sensible al H2S, cuantificándose la cantidad de sulfuros en la longitud

coloreada de la ampolla.

Una forma cualitativa de detectar la presencia o no del sulfuros en el lodo es usando

discos de papel de acetato de plomo en lugar de las ampollas drager, en la salida del

tren de Garret,


100

Equipos 1. Tren de Garret y accesorios.

2. Tubos Dräger de análisis de H2S:

a) H2S 100/a de baja gama (marcado de 100 a 2.000) .

b) H2S de 0,2%/A de alta gama (marcado de 0,2 a 7%)

3. Gas de arrastre, inerte al H2S, ácidos y reactivos de las ampollas drager. Se prefiere

nitrógeno pero se acepta CO2

4. Discos de papel de acetato de plomo (opcionales).

5. Ácido sulfúrico, aproximadamente 5 N

6. Antiespumante de octanol.

7. Jeringas hipodérmicas: 2,5 mL, 5 mL y 10 mL

8. Aguja hipodérmica de 38 mm , calibre 21

Procedimiento 1. El tren de gas, Fig. 2-16, debe estar limpio, seco y sobre una superficie nivelada,

visto que los conductos deben estar limpios y la humedad puede causar la flotación

irregular de la bola del medidor de caudal.

2. Añada 20 mL de agua desionizada a la Cámara 1.

3. Añada 5 gotas de antiespumante a la Cámara 1.

4. Utilizando la Tabla 6, seleccione el volumen de muestra y el tubo Dräger correctos

para la gama de sulfuro esperada. Rompa la punta de cada extremo del tubo.

5. Instale el tubo con la flecha dirigida hacia abajo en el receptáculo perforado en la

esquina del tren. Además, instale el tubo medidor de caudal limpio y seco, con la

palabra “TOP” hacia arriba, y la bola dentro del receptáculo perforado en el costado


101

del tren. Verifique que las juntas tóricas proporcionen un sello hermético alrededor

de ambos tubos una vez que hayan sido introducidos.

Tabla 2-6 Identificación del tubo drager, volumen de muestra y factor del tubo ha usarse para varios rangos de sulfuro

6. Coloque una cantidad medida de filtrado dentro de la Cámara 1. Las Cámaras 2 y 3

permanecen vacías y sirven de trampas de espuma.

7. Coloque las juntas tóricas en las ranuras de la cámara e instale la parte superior del

tren de gas. Apriete uniformemente a mano todos los tornillos para sellar el tren.

8. Acople la tubería flexible al tubo de dispersión y al tubo Dräger. No es necesario

que la tubería esté sujetada a los tubos con abrazaderas, lo cual permitirá aliviar la

presión en caso de sobrepresión.

9. Ajuste el tubo de dispersión hasta aproximadamente 0,5 cm encima del fondo.

10. Haga circular el gas de arrastre lentamente durante 30 segundos, para purgar el

aire del sistema y revisar las fugas, e interrumpa la circulación. Inicie lentamente

la circulación del gas para evitar que la bola sea expulsada del tubo medidor de

Rango de Volumen Identificacion Factor de Sulfuro de muestra del tubo usado(mg/L) (mL) tubo drager en el calculo1,2 - 24 10,0 H2S 100/a 0,1331,5 - 48 5,0 H2S 100/a 0,1334,8 - 96 2,5 H2S 100/a 0,133

60 -1.020 10,0 H2S 0,2 %/A 1330120 -2.040 5,0 H2S 0,2 %/A 1330240 - 4.080 2,5 H2S 0,2 %/A 1330


102

caudal. Usted también puede tapar el tubo suavemente con un dedo para evitar

que se pierda la bola.

11. Inyecte lentamente 10 mL de ácido sulfúrico dentro de la Cámara 1 a través del

diafragma de caucho, utilizando la jeringa hipodérmica y la aguja.

12..Reinicie inmediatamente la circulación del gas de arrastre. Ajuste el caudal de

manera que la bola del tubo medidor de caudal esté entre las líneas rojas (200 a

400 cm3/min). Un cartucho de CO2 debería proporcionar una circulación de 15 a 20

minutos con este caudal.

13 Siga circulando por un tiempo total de 15 minutos. Registre la longitud oscurecida

máxima antes de que el “frente” precedente empiece a manchar. Usando los tubos

de alta gama y los sulfitos en el filtrado, se puede observar un color anaranjado. La

región naranja debe ser ignorada cuando se registra la longitud oscurecida.

14 Para tener una mejor exactitud el tubo Dräger debe estar oscurecido mas de la

mitad de su longitud, razón por la cual se debe usar el volumen de muestra

apropiado

15. El tren de gas DEBE ser limpiado para evitar daños permanentes causados por el

ácido utilizado. Para limpiar, retire la tubería flexible y la parte superior del tren

16. Retire el medidor de caudal y el tubo Dräger y obture los agujeros con tapones

para mantenerlos secos.

17. Lave las cámaras con un detergente suave y un cepillo blando. Utilice un

producto de limpieza para tubos para limpiar los conductos entre las cámaras.

Enjuague la unidad con agua desionizada y deje que se seque al aire.


103

Cálculos Utilizando el volumen de la muestra, la longitud oscurecida máxima del tubo Dräger y

los factores, calcular la concentración de sulfuro en la muestra:

Longitud oscurecida x factor de tubo

Sulfuro (mg/L) = --------------------------------------------------------

mL de muestra

2-3.10 Determinación del Punto de Anilina.

El punto de anilina es la temperatura (o F) a la cual una mezcla, en cantidades iguales,

de aceite y anilina fresca (pura), son miscibles y tienen un aspecto claro dentro de un

tubo. En la Fig. 2-18 se muestra el equipo usado para la determinación del punto de

anilina.

Cuando el aceite Diesel era muy usado como aditivo en los lodos, se prefería un

número próximo a 150 o F. Un número más bajo podía indicar un riesgo de ataque de

los compuestos de caucho/elastómero en contacto con el fluido de perforación. La

anilina es un producto químico orgánico aromático, y los aceites de naturaleza similar

tendrían un punto de anilina bajo (indeseable).

Equipos y reactivos 1. Reactivo de anilina, pura.

2. Tubo de ensayo de vidrio Pyrex.

3. Alambre en espiral a través del tapón para agitar.

4. Termómetro, 0 a 220 ºF.


104

5. Fuente de calor.

Fig. 2-18 Aparato para determinar punto de anilina Procedimiento 1. Dentro del tubo de ensayo limpio y seco, añada volúmenes iguales de aceite y

anilina.

2. Coloque el tapón con el agitador y el termómetro dentro del cuello del tubo.

3 Agitando, caliente la mezcla hasta que pase de una fase turbia a una fase miscible /

clara.


105

3. Retire la fuente de calor y continué hasta que la mezcla se vuelva ligeramente

turbia. Lea la temperatura en ese momento y regístrela como punto de anilina.

CUIDADO: La anilina es un producto químico venenoso y se sugiere tomar precauciones extremas al manejarlo. Evite el contacto entre el producto químico y el cuerpo, las manos, etc., y la ropa. En caso de contacto grave, enjuáguese con agua durante aproximadamente 15 minutos, mientras se llama a un médico para obtener instrucciones. 2-3.11 Actividad de la fase acuosa por electrohigrometro

Este procedimiento describe la medida de la humedad relativa en un espacio de aire

cerrado sobre un lodo base aceite, usando un higrómetro, y la humedad relativa a la

actividad del agua emulsionada.

La actividad es una medida del potencial químico o habilidad de reacción de los

compuestos químicos, en este caso agua. La estabilidad del hoyo en arcillas sensibles

al agua puede ser correlacionada con los cambios en la actividad del agua

emulsificada en fluidos base aceite.

La abundancia de partículas cargadas, superficies e iones en las arcillas reduce la

actividad del agua y aumenta la tendencia de las arcillas para absorber agua. El agua

migrara a través de una membrana semipermeable de una región de baja salinidad

(alta actividad) a una de alta salinidad (baja actividad). La capa de aceite que rodea las

gotas de agua en un fluido base aceite constituyen la membrana semipermeable a

través de la cual pudiese pasar el agua por osmosis.


106

La transferencia de agua desde un fluido base aceite se puede prevenir disolviéndole

sal en el agua emulsionada. La sal baja la actividad en la fase acuosa, reduciendo asi

la tendencia del agua a ser absorbida por las arcillas. La transferencia del agua a las

arcillas se elimina cuando la actividad del agua se reduce a un valor menor o igual que

la de las arcillas expuestas. Las condiciones del hoyo y textura de los ripios sirven de

guía para un ajuste apropiado de la actividad

El cloruro de calcio es la sal mas eficiente, comúnmente usada para reducir la

actividad del agua en los fluidos base aceite. La Tabla 2-7 muestra la actividad de

soluciones de cloruro de calcio en función de la concentración del cloruro de calcio.

Las salmueras que tienen determinada actividad la conservaran aun emulsionadas en

el aceite. La actividad de la fase acuosa de un fluido base aceite cambia por

evaporación o agregado de agua, o por incorporación mediante la disolución de otras

sales solubles.

Tabla 2- 7. Actividad en función de la concentración de CaCl2

CaCl2 anhidro Actividad(% peso) del agua

9,33 0,9514,95 0,9019,03 0,8522,25 0,8024,95 0,7527,40 0,7029,64 0,6531,73 0,6033,71 0,5535,64 0,5037,61 0,4539,62 0,4041,83 0,3544,36 0,30


107

Equipos y reactivos

a) Medidor portátil de humedad relativa, electrohigrometro, Fig. 2-19, con las

siguientes especificaciones:

• Sensor de humedad relativa adecuado para colocarlo en el espacio vacío,

sobre la superficie de la muestra

• El instrumento debería indicar dentro del 10 % de la actividad verdadera dentro

de los primeros 80 minutos, cuando se mide la actividad

• La respuesta lineal del instrumento debería ser tal que el coeficiente de

correlación entre las publicaciones estándar de las actividades de las

salmueras y las humedades relativas, que se miden con el instrumento, sea

mayor de 0,95

b) Termómetro 32-220 ºF (0-105 ºC)

c) Soluciones saturadas de las sales siguientes:

Sal aw Gramos de sal por 100 mL de agua

Cloruro de calcio 0,295 100

Nitrato de calcio 0,505 200

Cloruro de sodio 0,753 200

Nitrato de potasio 0,938 200

Cada solución de sal debería ser preparada agregando los gramos de sal a 100

mL de agua destilada o deionizada, agitar por 80 minutos, a temperatura entre 150

y 200 ºF (66-93 ºC), luego enfriar a temperatura entre 75 – 80 ºF (24-72 ºC).

Después del equilibrio debería aparecer una fase sólida. Si no se ven cristales,

agregue algo de la misma sal sólida para inducir la precipitación. Frecuentemente


108

se requiere hacer esto con la sal de cloruro de calcio. Se recomiendan sales de

grado reactivo. Sin embargo, si es necesario, se puede usar cloruro de sodio o

cloruro de calcio de grado industrial.

d) Envases boca ancha, de aproximadamente 150 mL, Fig. 2-20, el cual dará un área

superficial de aproximadamente 38 cm2. El envase debería tener una tapa de

elastómero flexible para sellar alrededor del sensor y evitar la entrada de aire.

e) Una cobertura aislante para mantener la temperatura constante de los envases

boca ancha o un baño de agua termostatado.

f) Papel milimetrado

Fig. 2-19 Electro higrómetro


109

Fig. 2-20 Envase para medir humedad relativa

Procedimiento de calibración del higrómetro

1. Prepare cada salmuera de humedad relativa estándar. Un total de 40 mL es

suficiente. Mantenga los envases con las muestras bien selladas para evitar

contaminación, evaporación o derrames.

2. Deseque el sensor en un envase con cloruro de calcio anhidro (También puede usar

sulfato de calcio, drierite o silica gel)

3. Coloque el sensor en el espacio aéreo sobre la sal desecante. Espere entre 10 y 15

minutos. La lectura de humedad relativa (HR) del instrumento indicara que el

sensor esta seco porque será 24 % o menos.


110

Nota: Mantenga un a distancia de ½ pulgada entre el sensor y la superficie de la sal desecante y mantenga la misma distancia para las soluciones salinas y las muestras de fluido.

4. Transfiera el sensor a la muestra estándar de mas baja actividad, y déjelo por 30

minutos para que alcance el equilibrio, anote la temperatura y la HR

5. Transfiera el sensor a las otras muestras estándar en orden creciente de actividad,

30 minutos para que alcance el equilibrio, anote la temperatura y la HR

6. Grafique la HR Vs aw en el papel milimetrado

Procedimiento para medir la actividad del lodo base aceite

1. Deseque el sensor como se indica arriba en los pasos 2 y 3

2. Coloque la muestra del fluido, 40 mL, en el envase

3. Inserte el sensor en el espacio aéreo, ½ pulgada por encima de la superficie del

lodo. La muestra debe estar a la misma temperatura que se hizo la curva de

calibración

4. Encienda el higrómetro, espere 30 minutos y mida la HR

Cálculos

Usando el valor de HR y el grafico construido en el paso 6 del punto anterior determine

la aw del fluido y anótela


111

2-3.12 Alcalinidad (VSA) La alcalinidad de un lodo base aceite se determina rompiendo la emulsión y valorando

rápidamente la mezcla hasta el primer cambio de color o el punto final. El volumen

(mL) de ácido sulfúrico 0,1 N usado en la valoración por mL de lodo constituye la

alcalinidad del lodo o VSA

Equipos y reactivos 1. Equipo de valoración (agitador magnético o agitador Hamilton Beach).

2. Pipeta de 5 mL.

3. Frasco de conservas de 16 oz., vaso de precipitado de 500 mL o equivalente.

4. Propilen glicol normal propil eter (PNP)

5. Indicador de Fenolftaleína.

6. Solución de ácido sulfúrico, 0,1N H2SO4.

Procedimiento 1. Coloque 100 mL de PNP dentro del frasco de vidrio. Llene una jeringa de 5 mL con

lodo entero hasta exceder la marca de 3 mL.

2. Disipe 2 mL de lodo base aceite dentro del solvente y añada 200 ml de agua

destilada.

3 Añada 15 gotas de fenolftaleína

4 Agite rápidamente con un agitador magnético, un agitador Hamilton Beach o

cualquier agitador equivalente.

5 Al agitar, valore lentamente con H2SO4 0,1N hasta que el color rosa desaparezca.

Siga agitando, y si el color rosa no reaparece dentro de un minuto, deje de agitar.


112

Puede que sea necesario dejar de agitar y esperar que la mezcla se separe en dos

fases para que el color pueda ser observado con más claridad en la fase acuosa.

6. Deje reposar la muestra durante 5 minutos. Si el color rosa no reaparece, el punto

final ha sido alcanzado. Si el color rosa reaparece, valore otra vez con ácido

sulfúrico. Si el color rosa reaparece por tercera vez, valore de nuevo. No se debe

valorar después de la tercera vez.

Cálculos.

VSA = mL de H2SO4 0,1N por mL de lodo.

Exceso de cal (lbm/bl) = VSA x 1,295.

2-3.13 Cloruros en el Lodo Entero (ClOM )

Con este método se determina el volumen de nitrato de plata estándar requerido para

titular los cloruros y otros haluros que se encuentran en un lodo base aceite. Se

analiza la misma muestra usada en la determinación de alcalinidad

Reactivos 1. Indicador de cromato de potasio.

2. Solución de AgNO3 0,282 N.

Procedimiento 1. Siga los pasos necesarios para determinar la alcalinidad de la muestra.


113

Nota: Asegúrese que la muestra que se titule tenga un pH por debajo de 7, agregándole de 10 a 20 gotas extras de ácido sulfúrico 0.1 N

2. Añada 10 a 15 gotas de indicador de cromato de potasio

3. Agite rápidamente con un agitador magnético, un agitador Hamilton Beach o

cualquier agitador equivalente y titule lentamente con la solución 0,282 N de nitrato de

potasio hasta que el color rosado salmón permanezca constante por al menos 1

minuto

Cálculos

ClOM (mg/L) = mL de AgNO3 0,282N x 10.000/ mL de lodo

2-3.14 Contenido de calcio en el lodo entero. (CaOM)

El contenido da calcio de un lodo base aceite se determina rompiendo la emulsión y

valorando con EDTA, mediante la utilización del indicador Calver II

Equipos y reactivos

1. Equipo de valoración (agitador magnético o agitador Hamilton Beach).

2. Pipeta de 5 mL.

3 . Envase con tapa o vaso de precipitado de 500 mL o equivalente.

4. Mezcla de xileno-alcohol isopropílico (IPA) (50:50) o Propasol Propílico.

5. Indicador Calver II.

6. Solución de NaOH 1 N.

7. Solución de EDTA 0.1 M.


114

8. Agua Destilada.

Procedimiento

1. Agregue 100 mL de la mezcla de xileno-alcohol isopropílico a un vaso de

precipitado de 500 mL o equivalente

2. Llene una jeringa de 5 mL con lodo entero hasta exceder la marca de 3 mL.

3. Disipe 2 mL de lodo base aceite dentro del solvente, tápelo y agítelo manualmente,

por un minuto

4. Agregue 200 mL de agua destilada y 3 mL de NaOH 1N

5. Agregue de 0,1 a 0,25 gramos del indicador calver II en polvo

6. Tape nuevamente el frasco y agite vigorosamente por 2 minutos. Deje reposar

el envase por unos minutos hasta que se separen las dos fases. Si la capa acuosa

se torna roja indica la presencia de calcio

7. Agite con un agitador magnético, un agitador Hamilton Beach o cualquier agitador

equivalente

8 Valore lentamente con EDTA 0,1 M agitando suavemente la fase acuosa sin

remezclar ambas fases hasta el cambio de color rojizo a azul verdoso

9. Use el volumen gastado de EDTA para calcular el contenido de calcio

Cálculos

4000 x mL de EDTA 0,1

CaOM (mg/L) = -----------------------------------

2 mL


115

2-3.15 Cálculos de cal, salinidad y sólidos en lodos base aceite

En este procedimiento se usan ecuaciones para calcular:

• Contenido de cal, Ca(OH) 2, en el lodo entero

• CaCl2 y/o NaCl en el lodo entero

• CaCl2 y/o NaCl en la fase acuosa

• Sólidos de baja densidad (NaCl y/o sólidos perforados)

• Sólidos de alta densidad

usando la información generada por los análisis para determinar:

• Densidad, ρL

• Alcalinidad del lodo entero, VSA

• Calcio en el lodo entero, CaOM

• Cloruro del lodo entero, ClOM

• Volumen de aceite, VO, agua, VW, y sólidos, VS , usando la retorta

y los datos conocidos y/o asumidos de:

• Densidad del material densificante ρHDS

• Densidad de los sólidos perforados ρLDS

• Densidad del aceite base ρO

Contenido de cal en el lodo entero:

CalOM, lbm/bl, = 1,295 (VSA)


116

donde:

CalOM = Ca(OH)2, lbm / bl

VSA = mL H2SO4 0,1 N / mL de lodo

Contenido de calcio total en el lodo entero:

CaOM, mg/L, = 4.000 (VEDTA)

donde:

CaOM = mg Ca++ / L de lodo

VEDTA = mL de EDTA 0,2 N / mL de lodo

Contenido de cloruro en el lodo entero:

ClOM, mg/L, = 10.000 (VSN)

donde:

ClOM = mg Cl- / L de lodo

VSN = mL de AgNO3 0,282 N / mL de lodo

Contenido de cloruro de calcio y cloruro de sodio

Un lodo base aceite probablemente contendrá NaCl, CaCl2 o ambos, los cuales

pueden ser estimados usando los valores de CaOM y ClOM como se indica:


117

El cloruro de calcio, basado en el análisis de calcio, será:

CaCl2OM = 2,774 CaOM

donde:

CaCl2OM = mg CaCl2 / L de lodo

Las libras por barril de cloruro de calcio serán:

CaCl2OM, lbm/bl, = 0,000971 (CaOM)

El cloruro asociado con el CaCl2, basado en el análisis de CaOM, será:

ClCaCl2 = 1,77 CaOM

donde:

ClCaCl2 = mg Cl / L de lodo del CaCl2

Veamos cual es la relación de los valores de cloruro para deducir el tipo de sal en el

lodo

Si ClCaCl2 > ClOM se asume que hay solamente cloruro de calcio, el cual lo

calculamos mediante el análisis de cloruro con la expresión:


118

CaCl2OM = 1,57 ClOM

donde:

CaCl2OM = mg CaCl2 / L de lodo

Las libras por barril de cloruro de calcio serán:

CaCl2OM, lbm/bl, = 0,00035 CaCl2OM

Si ClCaCl2 < ClOM se asume que están presentes tanto el cloruro de calcio como

el cloruro de sodio

El calculo del cloruro de calcio fue calculado anteriormente basado en el análisis de

calcio y el cloruro de sodio lo calculamos como se indica a continuación:

La cantidad de cloruro asociada con el NaCl es:

ClNaCl = ClOM - ClCaCl2

donde:

ClNaCl = mg / L de lodo


119

El contenido de NaCl es:

NaClOM = 1,65 ClNaCl

donde:

NaClOM = mg NaCl / L de lodo

Las libras por barril de cloruro de sodio serán:

NaCl, lbm/bl, = 0,00035 NaClOM

Calculo de contenido de sal en la fase acuosa

Los cálculos hechos anteriormente incluyen solamente el contenido de sal en el lodo

entero. Para determinar la concentración de sal en la fase acuosa del lodo, se deben

combinar los datos de titulación con los resultados de análisis de la retorta

Cantidad de NaCl y CaCl2 en la fase acuosa de un lodo base aceite

100 (CaCl2OM)

WC = ------------------------------------------

CaCl2OM + NaClOM + 10000(Vw)


120

donde:

WC = % peso del CaCl2 en la salmuera

Vw = % volumen del agua, según la retorta

100 (NaClOM)

WN = -------------------------------------------

CaCl2OM + NaClOM + 10000(Vw)

donde:

WN = % peso del NaCl en la salmuera

Compare el valor calculado de porcentaje de cloruro de sodio, WN, con el de la Fig. 2-

21 para determinar si esta fuera de los limites de la solubilidad mutual para las

salmueras NaCl/CaCl2 a 25 oC. Si hay NaCl insoluble en el lodo base aceite las

salinidades en la fase acuosa calculada con las ecuaciones anteriores es incorrecta,

porque todo el NaCl no esta en solución.

Para determinar la correcta concentración de NaClOM esta debe ser sistemáticamente

bajada mediante el método de “Fracción” usando las ecuaciones anteriores hasta que

los valores calculados de WN y WC caigan dentro del rango mostrado en la Fig. 2-21,

procediendo de la manera siguiente:

Calcule la “Fracción” indicada, la cual será menor que 1 si hay NaCl insoluble en el

lodo debe.


121

% peso NaCl (Fig. 2-21)

“Fracción” = --------------------------------

WN (Cálculos)

Multiplique el valor de NaClOM usado en las ecuaciones anteriores para obtener un

nuevo valor

Nuevo NaClOM = “Fraccion” NaClOM

y uselo para recalcular los valores de WC y WN

Lea el nuevo valor de NaClOM de la Fig. 2-21, usando los nuevos valores de WC y WN

Repita este procedimiento hasta tener un valor de la “Fracción” > 0,95


122

Max WN = 26,432 – 1,0472(WC) + 7,98191 x 10-3(WC)2 + 5,2238 x 10-5(WC)3

Fig. 2-21 Concentraciones maximas de NaCl en salmueras de CaCl2

La densidad de la salmuera es:

ρB = 0,99707 + 0,006504(WN) + 0,007923(WC) + 0,00008334(WN)(WC)

+ 0,00004395(WN)2 + 0,00004964(WC)2

donde:

ρB = densidad de la salmuera, g/mL

La concentración de CaCl2 en mg/L es:

CaCl2, mg/L = 10.000(WC)( ρB)


123

La concentración de NaCl en mg/L es:

NaCl, mg/L = 10.000(WN)( ρB)

Calculo de sólidos

Determine el contenido de sólidos corregido como se indica:

a. El porcentaje en volumen de la salmuera es:

100(VW)

VB = ----------------------------------

(ρB ) [100 – (WN + WC)]

donde:

VB = % volumen de la salmuera

b. El volumen corregido de los sólidos es:

VS = 100 – (VO + VB)

donde:

VS = % volumen corregido de los sólidos

VO = % volumen de aceite


124

Cálculos de la relación aceite/agua

La relación aceite/agua se calcula de la manera siguiente:

100(VO)

OR = --------------

(VO + VW)

donde:

OR = % de aceite en la relación

100(VW)

WR = --------------

(VO + VW)

donde:

WR = % de agua en la relación

OWR = OR/WR

Cálculos de la relación aceite/salmuera

La relación aceite/salmuera se calcula de la manera siguiente:


125

100(VO)

OR = --------------

(VO + VB)

donde:

OR = % de aceite en la relación

100(VB)

BR = --------------

(VO + VB)

donde:

BR = % de salmuera en la relación

OBR = OR/BR

Concentración de sólidos y densidades

Los sólidos totales en un lodo base aceite consisten en sólidos de baja densidad, tales

como sólidos perforados, y sólidos de alta densidad, tales como barita o hematina.


126

La densidad promedio de los sólidos suspendidos es:

[100 (ρL )] – [(VO)( ρO)] – [(VS)( ρS)(8.345)]

ρS = --------------------------------------------------------

8,345(VS)

donde:

ρS = densidad promedio de los sólidos, g/mL

ρO = densidad del aceite, lbm/gal

ρL = densidad del lodo, lbm/gal

Porcentaje en volumen y concentración de sólidos de baja y alta densidad

El porcentaje en volumen de los sólidos de alta densidad es:

ρS - ρLDS

VHDS = ------------------- (VS)

ρHDS - ρLDS

donde:

VHDS = % volumen de sólidos de alta densidad

ρHDS = densidad de los sólidos de alta densidad, g/mL

ρLDS = densidad de los sólidos de baja densidad, g/mL


127

El porcentaje en volumen de los sólidos de baja densidad es:

VLDS = VS - VHDS

donde:

VLDS = % volumen de los sólidos de baja densidad

La concentración de los sólidos de alta densidad es:

MHDS = 3,5 (ρHDS)(VHDS)

donde:

MHDS = sólidos de alta densidad, lbm/bl

La concentración de los sólidos de baja densidad es:

MLDS = 3,5 (ρLDS)(VLDS)

donde:

MLDS = sólidos de baja densidad, lbm/bl


128

3 - CONTAMINACION 3-1 INTRODUCCION Un contaminante es cualquier tipo de material (sólido, líquido o gas) que tiene un

efecto perjudicial sobre las características físicas o químicas de un fluido de

perforación. Lo que en un tipo de fluido de perforación constituye un contaminante, en

otro no será necesariamente un contaminante.

Los sólidos reactivos de baja densidad son contaminantes comunes en todos los

fluidos de perforación. Estos sólidos se componen de sólidos perforados que se han

incorporado dentro del sistema o que resultan del tratamiento excesivo con arcillas

comerciales. Desde el punto de vista económico, los sólidos perforados y los

problemas relacionados con su control tienen un mayor impacto sobre el costo del lodo

que los otros tipos de contaminación. Sin embargo, hablaremos de los contaminantes

químicos comunes de los lodos base agua:

• Anhidrita (CaSO4) o yeso (CaSO4•2H2O).

• Cemento (silicato complejo de Ca(OH) 2).

• Sal (sal de roca, agua de preparación, agua salada, magnesio, calcio y cloruro

de sodio, y agua irreductible).

• Gases ácidos, incluyendo el dióxido de carbono (CO2) y el sulfuro de hidrógeno

(H2S).

Con excepción de los gases ácidos, estos contaminantes químicos están directamente

relacionados a las reacciones de intercambio de iones con las arcillas. Por lo tanto, la

concentración de sólidos de tipo arcilloso en un lodo base agua está directamente


129

relacionada con la severidad con la cual el contaminante químico afecta las

propiedades del lodo.

Cuando la bentonita sódica está expuesta a los ambientes químicos que contienen

altas concentraciones de otros iones metálicos, puede ocurrir una reacción de

intercambio de iones, floculandose inicialmente y luego posiblemente convirtiendose

en una arcilla de rendimiento más bajo.

3-2 CONTAMINACIÓN POR ANHIDRITA O YESO

La anhidrita y el yeso son sulfatos de calcio y tienen composiciones químicas

prácticamente idénticas. El yeso (CaSO4•2H2O), con su agua fijada, es más soluble

que la anhidrita (CaSO4).

Si se encuentra solamente una pequeña cantidad de un contaminante, éste puede ser

tolerado mediante la precipitación del ion calcio. Si se encuentran grandes cantidades,

el sistema de lodo debería ser convertido en un sistema a base de calcio. Los

sistemas a base de cal y de yeso pueden tolerar la contaminación de anhidrita o yeso

sin afectar negativamente las propiedades del lodo.

Como se muestra a continuación, al solubilizarse en agua, el sulfato de calcio se ioniza

en iones calcio y sulfato.

CaSO4 Ca++ + SO4=

La solubilidad de CaSO4 es controlada por el pH, la salinidad y la temperatura. El

aumento del pH y de la temperatura reducen la solubilidad del yeso, mientras que el


130

aumento de los cloruros del lodo aumenta la solubilidad. La solubilidad del sulfato de

calcio es reversible y alcanzará algún grado de equilibrio con el ambiente químico.

Los efectos causados por este contaminante se manifiestan como:

• Aumento de la viscosidad y de los esfuerzos de gel.

• Aumento del filtrado.

• Aumento de la cantidad de calcio soluble.

• Posible disminución de Pf y pH.

Para eliminar y o tratar la contaminación se procede de la manera siguiente

1. Precipitar o secuestrar el calcio soluble con fosfatos o carbonato de sodio (ver la

Tabla 3-1).

Na2CO3 + CaSO4 Na2SO4 + CaCO3 ↓ (pH >11,3)

2. Reducir la viscosidad con tratamientos de lignosulfonatos y soda cáustica.

3. Reducir el filtrado con tratamientos de bentonita, celulosa polianiónica , etc

4. Dejar que el yeso o la anhidrita permanezca en el sistema para obtener un nivel de

calcio soluble mayor de 600 mg/L. Controlar la viscosidad con el tratamiento de

lignosulfonato, el pH con soda cáustica, y el filtrado con bentonita y celulosa

polianiónica.

Si la contaminación por calcio es tan grande que es prácticamente imposible mantener

las propiedades de flujo y el control de filtrado deseables, es necesario añadir sulfato

de calcio para convertir el sistema en un sistema de lodo a base de calcio, mediante el

tratamiento con soda cáustica, lignosulfonato y yeso adicional


131

3-3 CONTAMINACIÓN POR CEMENTO

En cada pozo que se perfora existe la posibilidad de perforar a través de cemento. Las

únicas circunstancias bajo las cuales el cemento no es un contaminante son cuando

se usa agua clara, salmueras, lodos a base de calcio o lodos base aceite, o cuando el

cemento está totalmente curado. El sistema de lodo más usado es el sistema de

bentonita de bajo pH. En este caso, el cemento puede tener efectos muy perjudiciales

sobre las propiedades del lodo. La severidad del contaminante depende de factores

tales como el tratamiento químico anterior, el tipo y la concentración de sólidos, la

cantidad de cemento perforada, y la medida en que el cemento se curó en el pozo.

El cemento es un silicato de cal complejo, Ca(OH)2 que al solubilizarse en agua o en

la fase acuosa de un fluido de perforación, produce una abundancia de iones oxidrilos

(OH-).

Ca(OH)2 Ca++ + 20H– (pH <11,7)

La reacción anterior es reversible y representa un equilibrio entre la concentración de

cemento y el pH del lodo. La solubilidad de la cal disminuye a medida que el pH del

lodo aumenta. Cuando el pH excede 11,7, la cal se precipita de la solución.

Por lo tanto, la cal se vuelve prácticamente insoluble a un pH mayor de 11,7 y

proporciona un excedente o una reserva de cal no reaccionada, debido a la presencia

de cemento no disuelto.


• Aumento de la viscosidad y de los esfuerzos de gel.


132

• Aumento de pH, Pm y Pf (especialmente Pm).

• Mayor filtrado.

• Mayor excedente de cal y calcio soluble (después).

Para eliminar y o tratar la contaminación se procede de la manera siguiente

1. Según el tipo de sistema usado, se puede usar SAPP o lignito y bicarbonato de

sodio para reducir el pH y precipitar el calcio soluble (ver la Tabla 3-1).

NaHCO3 + Ca(OH) 2 → NaOH + H2O + CaCO3 ↓

Entonces, las partículas de arcilla estarán libres para reaccionar con el diluyente o

desfloculante utilizado.

2. Si el cemento es perforado con un sistema de polímeros, los polímeros serán

hidrolizados por el alto pH y precipitados por el ion calcio (Ca++). Por lo tanto, es

necesario reducir el pH y separar el calcio (Ca++) por precipitación lo antes posible.

En este caso, el ácido cítrico (H3C6H5O7) es el aditivo que se debe usar. Éste

precipita el cemento como citrato de calcio y reduce el pH.

2(H3C6H5O7 •H2O) + 3Ca(OH) 2 → Ca3(C6H5O7) 2↓ + 8H2O

3. Grandes tratamientos de agua y lignosulfonato para controlar las propiedades de

flujo. Se añade bentonita para obtener el filtrado deseado, una vez que las

propiedades de flujo están bajo control.


133

3-4 CONTAMINACIÓN POR CARBONATOS

La contaminación química causada por los carbonatos solubles es uno de los

conceptos menos comprendidos y más complicados de la química relacionada con

fluidos de perforación. La contaminación de carbonatos/bicarbonatos resulta

generalmente en la alta viscosidad de la línea de flujo, un alto punto cedente y

esfuerzos de gel progresivos, y podría causar la solidificación del lodo. Estos

aumentos de la viscosidad son producidos cuando los carbonatos y/o bicarbonatos

floculan los sólidos de tipo arcilloso en el lodo.

Las fuentes de carbonatos y bicarbonatos son las siguientes:

1. El dióxido de carbono (CO2) del aire se incorpora en el lodo a través de las tolvas

mezcladoras de lodo en los tanques de lodo, y mediante las descargas de los

equipos utilizados para mezclar el lodo y eliminar los sólidos. Al disolverse, el CO2

se transforma en ácido carbónico (H2CO3) y es convertido en bicarbonatos (HCO3-)

y/o carbonatos (CO3=) según el pH del lodo.

2. Los excedentes de carbonato de sodio o bicarbonato de sodio que resultan del

tratamiento de la contaminación de cemento o yeso.

3. El gas CO2 proveniente de la formación y agua de formación.

4. Bicarbonatos y/o carbonatos de los productos secundarios de la degradación

térmica del lignosulfonato y del lignito a temperaturas mayores de 325°F.

5. Algunas baritas impuras contienen iones carbonato/bicarbonato.


• Altos esfuerzos de gel.

• Aumento de Pf con un pH constante.


134

• Mayor diferencia entre Pf y Mf.

• Aumento de los niveles de carbonatos o bicarbonatos.

Para eliminar y o tratar la contaminación se procede de la manera siguiente;

1. Aumentar el pH hasta un valor comprendido entre 10,3 y 11,3.

2. Añadir cal y/o yeso, dos fuentes solubles de Ca++, para eliminar los carbonatos

como CaCO3 (ver la Tabla 3-1).

Tratamiento con cal::

CO3= + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + 2OH-

Tratamiento con yeso:

CO3= + CaSO4 → CaCO3 ↓ + SO4

=

3-5 CONTAMINACIÓN POR SALES Los tres tipos de sales de roca naturales encontradas durante las operaciones de

perforación son la halita (NaCl), la silvita (KCl) y la carnalita (KMgCl3•6H2O) Estas

sales están clasificadas por orden de solubilidad creciente. Otras dos sales comunes

son el cloruro de magnesio (MgCl2) y el cloruro de calcio (CaCl2). Estas dos sales no

existen naturalmente en la forma cristalina, debido a su extrema solubilidad. Sin

embargo, ambas pueden existir individualmente, juntas o con otras sales disueltas en

agua irreductible.


135

3-5.1 La halita (NaCl) Es la sal perforada con más frecuencia y constituye el principal componente de la

mayoría de los flujos de agua salada. Su efecto inicial sobre el lodo de perforación es

la floculación de las arcillas causada por la acción de masas del ion sodio. Las arcillas

se deshidratan cuando hay suficiente sodio y tiempo.

Cuando esto ocurre, el tamaño de la partícula disminuye debido a la reducción de

agua adsorbida. El agua liberada se reincorpora a la fase continua del lodo, lo cual

puede resultar en una ligera reducción de la viscosidad plástica. Pero las partículas de

arcilla deshidratada floculan, causando un alto punto cedente, altos esfuerzos de gel y

un filtrado alto.

El tratamiento del lodo incluye añadir suficiente desfloculante para mantener las

propiedades de flujo y la dilución con agua dulce deseables a fin de obtener una

reología adecuada. Se requiere una cantidad adicional de soda cáustica para

aumentar el pH. La halita pura tiene un pH de 7. Por lo tanto, cuanto más halita se

perfore, más soda cáustica será requerida para mantener el pH a más de 9,5

3-5.2 Silvita (KCl) La contaminación de silvita produce la misma reacción de las propiedades del lodo y

requiere el mismo tratamiento del lodo que la contaminación de halita. Si el lodo no

contiene cloruros, excepto los que se obtienen al perforar la sal de silvita, el valor de la

valoración del cloruro constituiría una medida precisa de la concentración de iones

potasio. Sin embargo, esto casi nunca ocurre.


136

3-5.3 Carnalita (KMgCl3•6H2O) La sal compleja “carnalita” es relativamente rara. Sin embargo, esta sal existe en cierta

medida en algunas partes de los Estados Unidos, Sudamérica, Europa y el Medio

Oriente. El caso más notable es el de Europa del Norte, donde la carnalita subyace el

área de perforación del Mar del Norte. Se trata de la sal de Zechstein, la cual se

compone de halita, silvita y carnalita interestratificadas. Los problemas del lodo

asociados con la carnalita son graves y tienen dos aspectos:

1. Cuando está solubilizada, dos cationes fuertes (calcio y magnesio) actúan sobre las

arcillas para causar la floculación y la deshidratación. Si éste fuera el único

problema, el tratamiento del lodo no sería demasiado complicado.

2. En la presencia de iones hidroxilo (OH-), el magnesio de la carnalita disuelta se

precipita como hidróxido de magnesio (Mg(OH)2). Este precipitado (Mg(OH)2) es

una sustancia gelatinosa espesa que actúa como viscosificador. Al pH

relativamente bajo de 9,9, hay suficientes iones hidroxilo presentes para que el

precipitado tenga un profundo efecto sobre la viscosidad del lodo. El magnesio sólo

puede ser precipitado por la soda cáustica.

Esta reacción empieza a producirse con solamente 0,03 lbm/bl de soda cáustica.

Por lo tanto, si es posible, la soda cáustica no debería usarse. Si el magnesio es

precipitado por la soda cáustica, la viscosidad aumentará.

En general los efectos causados por una contaminación por sal se pueden resumir en:

• Aumento de la viscosidad.

• Aumento del filtrado.

• Aumento de la cantidad de cloruro soluble y calcio.


137

• Reducción del pH y Pf.

Para eliminar y o tratar la contaminación se procede de la manera siguiente:

1. Diluir la concentración de NaCl con agua, si la formación de sal debe ser entubada

poco después de terminar la perforación. Tratar el fluido con lignosulfonatos para

controlar la viscosidad; soda cáustica y cal según una proporción de 1:2 para

controlar el pH y Pf; celulosa poianionica de baja viscosidad y bentonita para

controlar el filtrado.

2. Si no se entuba la sal y la formación queda expuesta por un largo periodo, saturar el

sistema con cloruro de sodio (sal) para impedir el ensanchamiento adicional del

pozo. Controlar la viscosidad con tratamientos de lignosulfonatos, además de soda

cáustica y cal.

3. Pequeños tratamientos de celulosa polianiónica son eficaces para controlar la

viscosidad si los sólidos están controlados dentro del rango apropiado. Controlar el

filtrado mediante adiciones de almidón y/o celulosa polianiónica, y adiciones de

bentonita prehidratada. Si se usa almidón para controlar el filtrado, mantener una

concentración de NaCl de 190.000 mg/L para evitar la fermentación del almidón, o

usar un biocida.

3-6 CONTAMINACIÓN POR SULFURO DE HIDROGENO

El contaminante más severo y más corrosivo es el gas de sulfuro de hidrógeno (H2S).

Este gas es destructivo para los materiales tubulares y tóxico para los seres humanos.

Cuando se identifica la presencia de H2S, el personal debe usar inmediatamente los

equipos apropiados de protección personal y poner en práctica las medidas de

seguridad de los trabajadores.


138

El gas de sulfuro de hidrógeno se origina en:

• Depósitos térmicos.

• Gas de la formación.

• Degradación biológica.

• Descomposición de materiales que contienen azufre.

El gas de sulfuro de hidrógeno puede ser identificado por:

• Reducción del pH del lodo.

• Decoloración del lodo (hacia un color oscuro) debido a la formación de FeS a

partir de la barita.

• Olor a huevo podrido.

• Aumento de la viscosidad y del filtrado debido a la reducción del pH.

• Formación de incrustaciones negras (FeS) sobre las tuberías de perforación de

acero.

Para eliminar y o tratar la contaminación se procede de la manera siguiente:

1. Aumentar el pH hasta un nivel comprendido entre 11 y 11,5 con soda cáustica.

2. Amortiguar con cal.

3. Añadir óxido de zinc (ver la Tabla 3-1).

S= + Zn++ → Zn S↓

Un tratamiento de 1 lbm/bl de óxido de zinc elimina aproximadamente 1.000 mg/L

de sulfuros.


139

OBSERVACIÓN: Consultar los reglamentos ambientales y los requisitos de toxicidad acuática locales antes de usar cualquier compuesto de zinc.

No se debe usar más de 2 lbm/bl de óxido de zinc en el tratamiento preliminar del lodo

para eliminar H2S. Se recomienda añadir de 1 a 2 lbm/bl de SPERSENE durante el

tratamiento preliminar.

Tabla 3-1 Tratamiento Químico en Unidades E. U. A

Concentracion de tratamiento (lbm/bl)

Dioxido de carbono Carbonato Yeso para bajar pH mg/L x Fw x 0,001004Cal para aumentar pH mg/L x Fw x 0,000432

Bicarbonato Cal para aumentar pH mg/L x Fw x 0,000425Yeso o anhidrita Calcio Carbonato de sodio mg/L x Fw x 0,000926

SAPP mg/L x Fw x 0,000969Bicarbonato de sodio mg/L x Fw x 0,00735

Cal o cemento Calcio e hidroxido Bicarbonato de sodio lbm/bl excedente de cal x 1,134SAPP lbm/bl excedente de cal x 1,498

Acido citrico lbm/bl excedente de cal x 1,891Agua dura o salada Soda caustica mg/L x Fw x 0,001152

Sulfuro de hidrogeno Oxido de Zinc* mg/L x Fw x 0,00089mas suficiente soda

caustica para mantenerel pH > 10,5

*Tambien pueden usarse otros compuestos de Zinc tales como quelato de Zinc o carbonato de Zinc. Se debe mantener un excedente en el sistema OBSERVACIONES1. FW es el % fraccionario de agua de la retorta2. Excedente de cal = 0,26(Pm-(Pf x FW)

Contaminante Ion Contaminante Tratamiento


140

4- CALCULOS DE INGENIERIA 4-1 CAPACIDAD, VOLUMEN Y DESPLAZAMIENTO

4-1.1 Capacidad

La capacidad de un tanque de fluido, pozo, espacio anular, espacio interior de una

tubería o cualquier otro “recipiente” es el volumen que dicho recipiente podría contener

si estuviera lleno (i.e., el máximo volumen posible).

La capacidad de los pozos y tanques del campo petrolífero se mide generalmente en

bl, gal o m3. La capacidad también puede estar indicada en incrementos de altura,

tales como bl/pie, bl/plg., gal/pie, gal/plg. o m3/m. (Esto sólo puede ser realizado para

los recipientes que tienen un área de la sección transversal que permanece constante

con la altura.)

4-1.2 Volumen

El volumen se refiere a la cantidad de fluido que está realmente dentro de un tanque,

pozo o espacio anular, o dentro de una tubería o cualquier otro recipiente. Si se

conoce la capacidad vertical (bl/pie o m3/m) y la profundidad del nivel de fluido (pie o

m), entonces la profundidad del fluido multiplicada por la capacidad vertical es el

volumen real (bl o m3) de fluido dentro del recipiente.

4-1.3 Desplazamiento

Desplazamiento es el volumen de fluido expulsado del pozo al introducir la columna

de perforación o la tubería de revestimiento dentro del pozo. Igualmente, se trata del

volumen de fluido requerido para llenar el pozo cuando se saca la tubería del pozo.


141

Normalmente, el desplazamiento representa solamente el volumen de la tubería. El

lodo dentro de la tubería constituye una capacidad, ya que la tubería se llena del fluido

al ser introducida en el pozo o durante la circulación.

Para situaciones especiales como cuando la mecha está taponada o durante la

“flotación” de la tubería de revestimiento dentro del pozo, se debe añadir la capacidad

al desplazamiento de la tubería.

Para los cálculos de capacidad, volumen y desplazamiento se debe tener en cuenta

que, para la mayoría de los recipientes, generalmente volumen es igual a base por

altura y usar las conversiones adecuadas para tener las unidades esperadas

Para agilizar los cálculos existen tablas donde se encuentras las capacidades de

hoyos y tuberías, así como el volumen de desplazamiento. Ver Tablas 4-1 a 4-6

Tabla 4-1 Capacidad del hoyo abierto

Diametro Capacidad Capacidad(pulgada) (bl/pie) (m3/m)

3 1/2 0,0119 0,00623 7/8 0,0146 0,00764 1/4 0,0175 0,00924 1/2 0,0197 0,01034 3/4 0,0219 0,01145 1/4 0,0268 0,01405 5/8 0,0307 0,01605 3/4 0,0321 0,01685 7/8 0,0335 0,01756 0,0350 0,01826 1/8 0,0364 0,0196 1/4 0,0379 0,01986 1/2 0,0410 0,02146 3/4 0,0443 0,02317 3/8 0,0528 0,02767 5/8 0,0565 0,02957 7/8 0,0602 0,03148 3/8 0,0681 0,0355

Diametro Capacidad Capacidad(pulgada) (bl/pie) (m3/m)

8 1/2 0,0702 0,03668 5/8 0,0723 0,03778 3/4 0,0744 0,03889 1/2 0,0877 0,04579 5/8 0,0900 0,04699 7/8 0,0947 0,049410 5/8 0,1097 0,057211 0,1175 0,061312 1/4 0,1458 0,076014 3/4 0,2113 0,110215 0,2168 0,114016 0,2487 0,129717 1/2 0,2975 0,155218 0,3147 0,164220 0,3886 0,202722 0,4702 0,2452

24 0,5595 0,2919


142

Tabla 4-2 Capacidades y desplazamientos de tubería de revestimiento

Diametro externo Peso Diametro interno Capacidad Desplazamiento(Plg) (mm) (lb/pie) (kg/m) (Plg) (mm) (bl/pie) (m3/m) (bl/pie) (m3/m)4 1/2 114 13,5 20,12 3,92 100 0,0149 0,0078 0,0047 0,00254 1/2 114 15,1 22,5 3,826 97 0,0142 0,0074 0,0055 0,00294 3/4 121 16 23,84 4,082 104 0,0162 0,0084 0,0057 0,0035 127 15 22,35 4,408 112 0,0189 0,0099 0,0054 0,00285 127 18 26,82 4,276 109 0,0178 0,0093 0,0065 0,00345 1/2 140 20 29,8 4,778 121 0,0222 0,0116 0,0072 0,00385 1/2 140 23 34,27 4,67 119 0,0212 0,0111 0,0082 0,00435 3/4 146 22,5 33,53 4,99 127 0,0242 0,0126 0,0079 0,00416 152 26 38,74 5,14 131 0,0257 0,0134 0,0093 0,00496 5/8 168 32 47,68 5,675 144 0,0313 0,0163 0,0114 0,00597 178 26 38,74 6,276 159 0,0383 0,02 0,0093 0,00497 178 38 56,62 5,92 150 0,034 0,0177 0,0136 0,00717 5/8 194 26,4 39,34 6,969 177 0,0472 0,0246 0,0093 0,00497 5/8 194 33,7 50,21 6,765 172 0,0445 0,0232 0,012 0,00637 5/8 194 39 58,11 6,625 168 0,0426 0,0222 0,0138 0,00728 5/8 219 38 56,62 7,775 197 0,0587 0,0306 0,0135 0,0079 5/8 244 40 59,6 8,835 224 0,0758 0,0395 0,0142 0,00749 5/8 244 47 70,03 8,861 220 0,0732 0,0382 0,0168 0,00889 5/8 244 53,5 79,72 8,535 217 0,0708 0,0369 0,0192 0,0110 3/4 273 40,5 60,35 10,05 255 0,0981 0,0512 0,0141 0,007410 3/4 273 45 67,8 9,95 253 0,0962 0,0542 0,0161 0,008410 3/4 273 51 75,99 9,85 250 0,0942 0,0492 0,018 0,009411 3/4 298 60 89,4 10,772 274 0,1127 0,0588 0,0214 0,001213 3/8 340 54,5 81,21 12,615 320 0,1546 0,0806 0,0192 0,0113 3/8 340 68 101,32 12,415 315 0,1497 0,0781 0,0241 0,012616 406 65 96,85 15,25 387 0,2259 0,1178 0,0228 0,011916 406 75 11,75 15,124 384 0,222 0,1159 0,0265 0,013818 5/8 473 87,5 130,38 17,755 451 0,3062 0,1597 0,0307 0,01620 508 94 140,06 19,124 486 0,3553 0,1853 0,0333 0,0174


143

Tabla 4-3 Capacidades y desplazamientos de tubería de perforación

Tabla 4-4 Capacidades y desplazamientos de tubería de perforación extrapesada

Diametro externo Peso Diametro interno Capacidad Desplazamiento(Plg) (mm) (lb/pie) (kg/m) (Plg) (mm) (bl/pie) (m3/m) (bl/pie) (m3/m)3 1/2 89 25,3 37,7 2,063 52 0,0042 0,0022 0,0092 0,00483 1/2 89 23,2 34,57 2,25 57 0,005 0,0026 0,0084 0,0044

4 102 27,2 40,53 2,563 65 0,0064 0,0033 0,0108 0,00564 1/2 114 41 61,09 2,75 70 0,0074 0,0039 0,0149 0,00785 127 49,3 73,46 3 76 0,0088 0,0046 0,018 0,00945 1/2 140 57 84,93 3,375 86 0,0112 0,0058 0,021 0,0116 5/8 168 79,8 105,49 4,5 114 0,0197 0,0103 0,026 0,0136

Diametro externo Peso Diametro interno Capacidad Desplazamiento(Plg) (mm) (lb/pie) (kg/m) (Plg) (mm) (bl/pie) (m3/m) (bl/pie) (m3/m)2 3/8 60 4,857 7,23 1,995 51 0,0039 0,002 0,0016 0,00082 7/8 73 6,85 10,21 2,441 62 0,0058 0,003 0,002 0,00122 7/8 73 10,4 15,5 2,15 55 0,0045 0,0023 0,0035 0,00183 1/2 89 13,3 19,82 2,764 70 0,0074 0,0039 0,0045 0,00233 1/2 89 15,5 23,1 2,602 66 0,0066 0,0034 0,0053 0,00284 102 14 20,86 3,34 85 0,0108 0,0057 0,0047 0,00254 1/2 114 16,6 24,73 3,826 97 0,0142 0,0074 0,0055 0,00294 1/2 114 20 29,8 3,64 92 0,0129 0,0067 0,0068 0,00355 127 19,5 29,06 4,276 109 0,0178 0,0093 0,0065 0,00345 127 20,5 30,55 4,214 107 0,0173 0,009 0,007 0,00375 1/2 140 21,9 32,63 4,778 121 0,0222 0,0116 0,0072 0,00385 1/2 140 24,7 36,8 4,67 119 0,0212 0,0111 0,0082 0,0043

5 9/16 141 22,2 33,08 4,859 123 0,0229 0,012 0,0071 0,00375 9/16 141 25,25 37,62 4,733 120 0,0218 0,0114 0,0083 0,00436 7/8 168 31,9 47,53 5,761 146 0,0322 0,0168 0,0104 0,00547 5/8 194 29,25 43,58 6,969 177 0,0472 0,0246 0,0093 0,0049


144

Tabla 4-5 Capacidades y desplazamientos de los porta mecha

Tabla 4-6 Capacidad de la tubería API estándar

4-2 CAUDAL DE BOMBA

Las bombas usadas, en los taladros de perforación/reparación de pozos petroleros,

para hacer circular los fluidos, durante las actividades de perforación y/o reparación

Diametro externo Peso Diametro interno Capacidad Desplazamiento(Plg) (mm) (lb/pie) (kg/m) (Plg) (mm) (bl/pie) (m3/m) (bl/pie) (m3/m)3 1/2 89 26,64 39,69 1,5 38 0,00219 0,0011 0,0097 0,00514 1/8 105 34,68 51,67 2 51 0,00389 0,002 0,0126 0,00664 3/4 121 46,7 69,58 2,25 57 0,00492 0,0026 0,017 0,00896 152 82,5 122,93 2,25 57 0,00492 0,0026 0,0301 0,01576 1/4 159 90,6 134,99 2,25 57 0,00492 0,0026 0,033 0,01726 1/2 165 91,56 136,42 2,813 71 0,00768 0,004 0,0334 0,01746 3/4 171 108 160,92 2,25 57 0,00492 0,0026 0,0393 0,02057 3/4 197 138,48 206,34 2,813 71 0,00768 0,004 0,0507 0,02648 203 150,48 224,22 2,813 71 0,00768 0,004 0,0545 0,02849 1/2 241 217,02 323,36 3 76 0,00874 0,0046 0,0789 0,041210 254 242,98 362,04 3 76 0,00874 0,0046 0,0884 0,046111 1/4 286 314,2 468,16 3 76 0,00874 0,0046 0,1142 0,0596

Tamaño Tamaño DI Peso CapacidadNominal DE (Plg) (lb/pie) (bl/pie)

1 1/2 1 5/16 1,61 2,75 0,00252 2 3/8 1,995 4,6 0,0039

2 1/2 2 7/8 2,441 6,4 0,00393 3 1/2 2,992 10,2 0,0087

3 1/2 4 3,476 11 0,01174 4 1/2 3,958 12,6 0,0152


145

de pozos, son de desplazamiento positivo, con émbolos que hacen un movimiento de

vaivén dentro de los cilindros (liners). Un ciclo de vaivén completo constituye una

carrera o embolada (stk - según el inglés “stroke”) y es igual a la rotación del cigüeñal;

por lo tanto, 1 stk/min = RPM.

El caudal de la bomba de lodo puede ser calculado y tiene las unidades bl/stk o

gal/stk.

La velocidad de circulación efectiva, también llamada caudal de la bomba, está

indicada por las unidades bl/min o gal/min. La velocidad de circulación efectiva es

determinada multiplicando el caudal de la bomba (bl/stk) por la velocidad de la bomba

(stk/min) y una eficiencia volumétrica. Esta eficiencia está frecuentemente indicada por

un porcentaje y puede variar de 85 a 100%.

Dependiendo del numero de cilindros las bombas pueden ser:

4-2.1 Duplex (dos cilindros)

4-2.1 Triplex (tres cilindros)

4-2.1 Bombas Duplex Los émbolos de una bomba dúplex funcionan en ambas direcciones, de manera que

el cilindro trasero hace que el vástago de la bomba se mueva a través de su volumen

desplazado y ocupe parte del mismo. El volumen de desplazamiento del vástago debe

ser restado del volumen contenido en uno de los cilindros, Las bombas dúplex tienen

generalmente carreras entre de 10 a 18 pulgadas y funcionan a una velocidad

comprendida en el rango de 40 a 80 stk/min.


146

La ecuación general para calcular el caudal de una bomba duplex es la siguiente:

π

V Caudal de la bomba = 2 x -------- x DI2Liner + (DI2Liner - DI2Vástago ) x L x Rend

4

donde:

V Caudal de la bomba = Caudal de la bomba por carrera

DILiner = Diámetro interno del liner

DIVástago = Diámetro interno del vástago

L = Longitud de la carrera de la bomba

Rend = Rendimiento de la bomba (decimal)

4-2.2 Bombas Triplex:

Los émbolos de una bomba triplex de lodo sólo funcionan durante la carrera de ida y

tienen generalmente pequeñas carreras (en el rango de 6 a 12 plg.), y operan a

velocidades que varían de 60 a 120 stk/min.

La ecuación general para calcular el caudal de una bomba triplex es la siguiente:

π x DI2Liner x L x Rend

V Caudal de la bomba = 3 x ---------------------------------

4

donde:

V Caudal de la bomba = Caudal de la bomba por carrera

DILiner = Diámetro interno del liner

L = Longitud de la carrera de la bomba

Rend = Rendimiento de la bomba (decimal)


147

4-3 BALANCE DE MATERIALES.

Para hacer una balance de materiales en fluidos de perforación debemos tener en

cuenta que, en condiciones ideales, los volúmenes y las masas son aditivas y recordar

que densidad es igual a masa dividida entre volumen. Es decir, cuando se mezclan

diferentes componentes tenemos:

I) VTotal = V1 + V2 + V3 + V4….

II) mTotal = m1 + m2 + m3 + m4….

II) VTotal ρTotal = V1ρ1 + V2ρ2 + V3 ρ3 + V4ρ4….

donde:

V = volumen

m = masa

ρ = densidad

Aplicando las ecuaciones mostradas arriba con datos disponibles de volumen,

densidad o masa, con procedimientos matemáticos específicos podemos determinar

las incógnitas requeridas para describir cualquier sistema en estudio.

Para ello podríamos usar el procedimiento siguiente:

Hacer un esquema

Señalar los componentes y productos, mostrando los valores conocidos o por conocer

de volúmenes y densidades.

Plantear y resolver las ecuaciones que relacionan los datos e incógnitas


148

4-3.1 Preparación de lodo densificado

Estimar las cantidades de materiales para preparar 500 barriles de lodo de 15 lbm/gal,

con 20 lbm/bl de bentonita, usando barita como densificante

Esquema:

Datos conocidos e incógnitas

El volumen ocupado por la bentonita se determina usando los datos de su

concentración y su densidad

20 lbm/bl x 500 bl

Volumen (bl) = ------------------------------ = 11 bl

21,7 lbm/gal x 42 gal/bl

Masa de bentonita = 20 lbm/bl x 500 bl x saco/100 lbm = 100 saco

8,33 lbm/galV = ? Agua Lodo

densificado21,7 lbm/gal Bentonita 20 lbm/bl 15 lbm/gal

35,0 lbm/gal Barita V = ?


149

Las incógnitas se determinan aplicando las ecuaciones

a) Vw + VBen + VB = Vlodo

b) Vw ρw + VBenρBen + VBρB = VlodoρLodo

Sustituyendo los valores conocidos en a) tenemos:

Vw + 11 + VB = 500

Vw = 489 - VB

reemplazando los valores de densidades, Vw y VBen en b) obtenemos

(489 - VB)x 8,33 + 11 x 21,7 + VB x 35 = 500 x 15

VB x (35 – 8,33) = 7500 - 238,7 – 4080,7

VB = 3180,6/26,67 = 119,2 bl Vw = 489 – 119,2 = 369,8 bl

Masa de barita = 119,2 bl x 42 gal/bl x 35 lbm/gal x saco/100 lbm = 1752 sacos

Componentes Densidad Volumen (lbm/gal) (bl)

Agua 8,33 ?Bentonita 21,7 11Barita 35 ?

ProductoLodo 15 500


150

Entonces el material necesario para preparar los 500 barriles de lodo de 15 lbm/gal

con 20 lbm/bl de bentonita se muestra en la tabla siguiente:

Agua 369,8 blBentonita 100 sacoBarita 1752 saco

4-3.2. Preparación de lodo de agua salada

Calcular las cantidades de materiales necesarios para preparar 800 barriles de lodo de

13 lbm/gal con 15 lbm/bl de atapulgita y 15200 mg/L de cloruros, usando barita como

agente densificante

Esquema

Agua salada? lbm/gal Agua Sal

? blLodo13 lbm/gal

21,7 lbm/gal Atapulgita 800 bl15 lbm/bl

35,0 lbm/gal Barita? bl


151


El volumen ocupado por la atapulgita se determina usando los datos de su

concentración y su densidad

15 lbm/bl x 800 bl

Volumen (bl) = ------------------------------- = 13,2 bl

21,7 lbm/gal x 42 gal/bl

Masa de atapulgita = 15 lbm/bl x 800 bl x saco/100 lbm = 120 saco

Componentes Densidad Volumen

(lbm/gal) (bl)Agua Salada ? ?Atapulgita 21,7 13,2Barita 35 369,7

ProductoLodo 13 800

La densidad del agua salada se determina usando la relación:

ρsw (g/mL) = 1 + 0,00000109 x mg/L(Cl-)

ρsw = 1 + 0,00000109 x 152000 = 1,1657 g/mL

ρsw = 1,1657 x 8,345 lbm/gal = 9,73 lbm/gal


152


a) Vsw + VAtap + VB = Vlodo

b) Vsw ρsw + VAtapρAtap + VBρB = VlodoρLodo


Vsw + 13,2 + VB = 800

Vsw = 786,8 - VB

reemplazando los valores de densidades, Vw y VAtap en b) obtenemos

(786,8 - VB)x 9,7 + 13,2 x 21,7 + VB x 35 = 800 x 13

VB x (35 – 9,7) = 10400 – 286,4 – 7632,0

VB = 2481,6/25,3 = 98,1 bl Vsw = 786,8 – 98,1 = 688,7 bl


Para determinar el volumen de agua dulce y la cantidad de sal necesaria para

preparar el agua salada se usa la tabla de salmuera de cloruro de sodio, en la cual

encontramos que para una densidad de 9,73 lbm/gal se requieren 0,908 bl de agua y

89,6 lbm de cloruro de sodio por barril de salmuera.

Por lo tanto el volumen de agua sera 0,908 x 688,7 bl = 625,3 bl y


153

la cantidad de sal 87,6 lbm/blx 688,7 bl = 61707 lbm

61707 lbm x saco/100 lbm = 617 sacos

Entonces el material necesario para preparar los 800 barriles de lodo de agua salada

de 13 lbm/gal con 15 lbm/bl de atapulgita se muestra en la tabla siguiente:

Agua 6275 blSal 617 sacoAtapulgita 120 sacoBarita 1442 saco

4-3.3. Mezcla del lodo

Cuanto lodo de13 lbm/gal y de 15 lbm/gal, respectivamente, y se necesita para obtener

900 barriles de lodo de 14,5 lbm/gal.

Esquema

13 lbm/gal Lodo 1? bl

Lodo14,5 lbm /gal900 bl

15 lbm/gal Lodo 2? bl


154



Lodo 1 13 ?Lodo2 15 ?ProductoLodo mezclado 14,5 900


a) Vlodo1 + Vlodo2 = VFinal

b) Vlodo1 ρlodo1 + Vlodo2ρlodo2 = VFinalρFinal


Vlodo1 + Vlodo2 = 900

Vlodo1 = 900 - Vlodo2

reemplazando los valores de densidad y Vlodo1 en b) obtenemos

(900 - Vlodo2)x 13 + Vlodo 2 x 15 = 900 x 14,5

Vlodo 2 x (15 – 13) = 13050 – 11700

Vlodo 2 = 1350/2 = 675 bl Vlodo 1 = 900 – 675 = 225 bl


155

Para preparar 900 barriles de lodo de 14,5 lbm/gal mezclando lodos de 13 lbm/gal con

lodo de 15 lbm/gal se requieren las cantidades siguientes

Lodo de 13 lbm/gal 225 blLodo de 15 lbm/gal 675 bl

4-3.4. Aumento del peso del lodo

Determine la cantidad de barita necesaria para aumentar el peso de 1200 barriles de

lodo de 13 lbm/gal a 15 lbm/gal e indique cual será el volumen final del sistema

Esquema

13 lbm/gal Lodo Inicial1200 bl

Lodo final15 lbm/gal

35 lbm/gal Barita ? bl? bl


156



(lbm/gal) (bl)Lodo inicial 13 1200Barita 35 ?ProductoLodo final 15 ?


a) Vlodo inicial + VB = VFinal

b) Vlodo inicial ρlodo inicial + VBρB = VFinalρFinal


1200 + VB = VFinal

reemplazando los valores de densidad y VFinal en b) obtenemos

1200 x 13 + VB x 35 = (1200 + VB ) x 15

VB x (35 - 15) = 1200 x (15 -13)

VB = 2400/20 = 120 bl Vlodo final = 1200 + 120 = 1320 bl


157

Masa de barita = 120 bl x 42 gal/bl x 35 lbm/gal x saco/100 lbm = 1764 sacos

Para densificar 1200 barriles de lodo de 13 lbm/gal a 15 lbm/gal se requieren 1764

sacos de barita obteniéndose un volumen final de 1320 barriles

4-3.5. Dilución/reducción del peso del lodo Reducir el peso de 750 barriles de lodo de 17 lbm/gal a 11 lbm/gal, usando agua y

permitiendo que el volumen final aumente

Esquema

17 lbm/gal Lodo Inicial750 bl

Lodo final11 lbm/gal

8,33 lbm/gal Agua ? bl? bl


158



Lodo inicial 17 750Agua 8,33 ?ProductoLodo final 11 ?


a) Vlodo inicial + Vw = VFinal

b) Vlodo inicial ρlodo inicial + Vwρw = VFinalρFinal


750 + Vw = VFinal

reemplazando los valores de densidad y VFinal en b) obtenemos

750 x 17 + Vw x 8,33 = (750 + Vw ) x 11

Vw x (11 – 8,33) = 750 x (17 -11)

Vw = 4500/2,67 = 1685 bl Vlodo final = (750 + 1685) bl = 2435 bl


159

Para reducir el peso del lodo de 17 lbm/gal a 11 lbm/gal se requieren 1695 barriles de

agua obteniéndose un volumen final de 2435 barriles

4-3.6. Reducir el contenido de sólidos perforados (usando una lechada de Barita/Agua)

Calcular la cantidad de barita y agua necesaria para reducir el contenido de sólidos de

500 barriles de lodo de 8 a 6 % y mantener el peso de lodo de 13 lbm/gal

Esquema

13 lbm/gal Lodo Inicial500 bl 8% solidos Lodo final

13 lbm/gal6% solidos

13 lbm/gal Agua/Barita ? bl? bl 0% solidos


160


Componentes Solidos perforados Volumen

(% vol) (bl)Lodo inicial 8 500Agua/Barita 0 ?ProductoLodo final 6 ?


a) Vlodo inicial + Vw/B = VFinal

b) Vlodo inicial %Slodo inicial + Vw/B%S w/B = VFinal%SFinal

pero usando % de sólidos perforados en lugar de las densidades


500 + Vw/B = VFinal

reemplazando los valores de % de sólidos VFinal en b) obtenemos

500 x 8 + Vw/B x 0 = (500 + Vw/B ) x 6

Vw/B x (6 – 0) = 500 x (8 - 6)

Vw/B = 1000/6 = 166,7 bl Vlodo final = (500 + 166,7)bl = 666,7 bl


161

Para el cálculo de la cantidad de barita y agua necesarios para preparar los 166,67

barriles de la mezcla agua/barita de 13 lbm/gal se aplica un nuevo balance de masas

como se ha hecho en los ejemplos anteriores

Esquema

8,33 lbm/gal Agua? bl

Agua/Barita13 lbm/gal

35 lbm/gal Barita 166,7 bl? bl



Agua 8,33 ?Barita 35 ?ProductoAgua/Barita 13 166,7


a) Vw + VB = VAgua/Barita

b) Vw ρw + VBρB = Vw/Bρw/B


162


Vw + VB = 166,7

Vw = 166,7 - VB

reemplazando el valor de Vw en b) obtenemos

(166,7 - VB)x 8,33 + VB x 35 = 166,7 x 13

VB x (35 - 8,33) = 166,7 x (13 - 8,33)

VB = 776/26,67 = 29,2 bl Vw = 166,7 - 29,2 = 137,5 bl


Por lo tanto para reducir el contenido de sólidos de 500 barriles de lodo de 8 a 6 % y

mantener el peso de lodo de 13 lbm/gal se requiere el siguiente material:

429 sacos de barita

137,5 barriles de agua dulce

y se aumenta el volumen del lodo a 666,7 barriles


163

4-3.7. Análisis de sólidos Lodo no Densificado

Un lodo no densificado esta constituido solamente por sólidos de baja gravedad

especifica, de densidad aproximada de 21,7 lbm/gal y agua de densidad igual a 8,33

lbm/gal.

Determinar el porcentaje de sólidos de baja gravedad especifica que contiene un lodo

no densificado de 9,2 lbm/gal

Esquema

8,33 lbm/gal Agua? %l Lodo no

densificado9,2 lbm/gal

27,1 lbm/gal Solidos 100%? %l Baja gravedad


164



Agua 8,33 ?Solidos baja gravedad 27,1 ?ProductoLodo no densificado 9,2 100


a) Vw + VLGS = Vlodo

b) Vwρw + VLGS ρLGS = Vlodo ρlodo


Vw + VLGS = 100

Vw = 100 - VLGS

reemplazando los valores de densidad y Vw en b) obtenemos

(100 - VLGS)x 8,33 + VLGS x 21,7 = 100 x 9,2

VLGS x (21,7 - 8,33) = 100 x (9,2 - 8,33)

VLGS = 87/13,37 = 6,5

Por lo tanto el volumen de sólidos de baja gravedad es de 6,5 %


165

Lodo Densificado

Un lodo densificado puede contener todos o la mayoría de los componentes de un

lodo de perforación tales como: barita, sal, aceite, sólidos de baja gravedad especifica

y agua. Para determinar los componentes de este tipo de lodo se hace uso del análisis

de la retorta y del balance de materiales.

El análisis de la retorta de un lodo de16 lbm/gal con 50.000 mg/L de cloruros, indico

los siguientes resultados: 63 % de agua, 5 % de aceite y 32 de sólidos

Calcular la distribución de sus componentes

Esquema

7 lbm/gal, 5 % Aceite ? % v/v, % p/p Sal (NaCl)

Agua salada 50.000 mg/L [Cl-] lodo ? lbm/gal, %v/v 8,33 lbm/gal Agua densificado

63 % v/v 16 lbm/gal

21,7 lbm/gal Solidos de baja 100% ? % v/v gravedad esp. 35,0 lbm/gal ? % v/v Barita


166



(lbm/gal) (%)Solidos de alta gravedad 35 ?Solidos de baja gravedad 27,1 ?Aceite 7 5Sal ? ?Agua 8,33 63ProductoLodo 16 100


a) VLGS + VHGS + Vo + Vsw = Vlodo

b) VLGS ρLGS + VHGS ρHGS + Vsw ρsw + Voρo = Vlodo ρlodo

c) Vsw = VSal + Vw

Debemos determinar la gravedad especifica del agua salada (asumiendo que es de

cloruro de sodio) existente en el lodo y representada por el agua que se evapora en la

retorta mas la sal que queda como sólido, usando la relación

SGsw = 1 + 0,00000109 x mg/L (Cl-) = 1+ 0,00000109 x 50.000 = 1,0545 g/mL

ρsw = 1,0545 x 8,345 = 8,80 lbm/gal

El porcentaje en peso de cloruro de sodio del agua salada es calculado por la

siguiente expresión:


167

mg/L(Cl-) x 1,65 50.000 x 1,65

% NaClPeso = ---------------------------- % NaClPeso = -------------------- = 7,82 %

SGsw x 10.000 1,0545 x 10.000

El porcentaje en volumen de sal en el lodo (Vsal) puede ser calculado a partir de la

gravedad específica y el porcentaje en peso del agua salada usando la siguiente

expresión:

100

VSal = Vw [---------------------------------------- - 1] SGsw (100 - % NaClPeso )

100

VSal = 63 % [ ------------------------------- - 1] = 1,81 %

1,0545 x (100 – 7,82)

Esta concentración de sal suele ser indicada en libras por barril, usando la siguiente

conversión:

mg/L x 1,65 0,35

NaCl(lbm/bl) = (VSal + Vw ) x ------------------ x -------

1.000 100


168

50.000 x 1,65 0,35

NaCl(lbm/bl) = (63 + 1,81 ) x ------------------- x ------- = 18,71 lbm/bl

1.000 100

Con los valores obtenidos para VSal y ρsw y reemplazando con los valores

conocidos en las ecuaciones de balance de materiales tenemos:

a) VLGS + VHGS + Vo + Vsw = Vlodo

b) VLGS ρLGS + VHGS ρHGS + Vsw ρsw + Voρo = Vlodo ρlodo

c) Vsw = VSal + Vw = 63 + 1,81 = 64,81

a) VLGS + VHGS + 5 + 63 + 1,81 = 100

b) VLGS x 21,7 + VHGS x 35 + 64,81x 8,8 + 7x 5 = 100 x 16

a) VLGS + VHGS = 30,19 VLGS = 30,19 - VHGS

b) VLGS x 21,7 + VHGS x 35 = 994,67

Reemplazando en b) y haciendo las operaciones matemáticas necesarias tenemos:

21,7 x(30,19 - VHGS) + VHGS x 35 = 994,67

VHGS = 339,55/13,3 = 25,53


169

la cantidad de sólidos de alta gravedad se puede expresar como:

HGS (lbm/bl) = 25,53/100 x 42x35 = 375,29 lbm/bl

VLGS = 30,19 – 25,53 = 4,66

la cantidad de sólidos de baja gravedad se puede expresar como:

LGS (lbm/bl) = 4,66/100 x 42x21,7 = 42,47 lbm/bl

Volumen (%)Vw 63Vo 5VSal 1,81VHGS 25,53VLGS 4,66 Total 100

Peso (lbm/bl)Agua (0,63x42x8,33) 219,62Aceite(0,05x42x7) 14,7Sal 18,7HGS 375,3LGS 42,5 Total 670,82


170

ANEXO A ELEMENTOS QUIMICOS Numero Peso Numero Peso Elemento Simbolo Atomico Atomico Valencia Elemento Simbolo Atomico Atomico Valencia Actinio Ac 89 227 Molibdeno Mo 42 95,95 3, 4, 6 Aluminio Al 13 26,97 3 Neodio Nd 60 144,27 3 Antimonio Sb 51 121,76 3, 5 Neon Ne 10 20,183 0 Argon A 18 39,944 0 Niquel Ni 28 58,69 2, 3 Arsenico As 33 74,91 3, 5 Nitrogeno N 7 14,008 3, 5 Bario Ba 56 137,35 2 Osmio Os 76 190,2 2, 3, 4, 8 Berilio Be 4 9,02 2 Oxigeno O 8 16 2 Bismuto Bi 83 209 3, 5 Paladio Pd 46 106,7 2, 4 Boro B 5 10,82 3 Fosforo P 15 30,98 3, 5 Bromo Br 35 79,916 1, 3, 5, 7 Platino Pt 78 195,23 2, 4 Cadmio Cd 48 112,41 2 Polonio Po 84 210 - Calcio Ca 20 40,08 2 Potasio K 19 39,096 1 Carbon C 6 12,01 2, 4 Prasedonio Pr 59 140,92 3 Cerio Ce 58 140,13 3, 4 Protoactinio Pa 91 231 - Cesio Cs 55 132,91 1 Radio Ra 88 226,05 2 Cloro Cl 17 35,457 1, 3, 5, 7 Radon Rn 86 222 0 Cromo Cr 24 52,01 2, 3, 6 Renio Re 75 186,31 - Cobalto Co 27 58,94 2, 3 Rodio Rh 45 102,91 3 Columbio Cb 41 92,91 3, 5 Rubidio Rb 37 85,48 1 Cobre Cu 29 63,57 1, 2 Rutenio Ru 44 101,7 3, 4, 6, 8 Disprosio Dy 66 162,46 3 Samario Sm, Sa 62 150,43 3 Erbio Er 68 167,2 3 Scandio Sc 21 45,1 3 Europio Eu 63 152 2, 3 Selenio Se 34 78,96 2, 4, 6 Fluor F 9 19 1 Silicio Si 14 28,06 4 Gadolio Gd 64 156,9 3 Plata Ag 47 107,88 1 galio Ga 31 69,72 2, 3 Sodio Na 11 22,997 1 Germanio Ge 32 72,6 4 Estroncio Sr 38 87,63 2 Oro Au 79 197,2 1, 3 Azufre S 16 32,06 2, 4, 6 Hafnio Hf 72 178,6 4 Tantalo Ta 73 180,88 5 Helio He 2 4,003 0 Telurio Te 52 127,61 2, 4, 6 Holmio Ho 67 164,94 3 Terbio Tb 65 159,2 3 Hidrogeno H 1 1,008 1 Talio Ti 81 204,39 1, 3


171

Indio In 49 104,76 3 Torio Th 90 232,12 4 Iodo I 53 126,92 1, 3, 5, 7 Tulio Tm 69 169,4 3 Iridio Ir 77 193,1 3, 4 Estano Sn 50 118,7 2, 4 Hierro Fe 26 55,85 2, 3 Titanio Ti 22 47,9 3, 4 Kripton Kr 36 83,7 0 Tungsteno W 74 183,92 6 Lacrano La 57 138,92 3 Uranio U 92 238,07 4, 6 Plomo Pb 82 207,21 2, 4 Vanadio V 23 50,95 3, 5 Litio Li 3 6,94 1 Virginio Vi 87 224 1 Lutesio Lu 71 174,99 3 Xenon Xe 54 131,3 0 Magnesio Mg 12 24,32 2 Yterbio Yb 70 173,04 3 Manganeso Mn 25 54,93 2, 3, 4, 6, 7 Ytrio Yt 39 88,92 3 Masorio Ma 43 - - Zinc Zn 30 65,38 2 Mercurio Hg 80 200,61 1, 2 Zirconio Zr 40 91,22 4


172

ANEXO B CONVERSION DE UNIDADES Unidad USA Factor Potencia de 10 Unidad SI bl 1,589873 -1 m3 bl/pie 5,216119 -1 m3/m btu/lbm 2,360000 3 j/kg pie 3,048000 -1 m pie/bl 1,917134 0 m/m3 pie-lbf 1,355818 0 j gal 3,785412 -3 m3 hp 7,460430 -1 kw plg 2,540000 0 cm lbf 4,448222 0 N lbm/pie 1,488164 0 kg/m lbm/gal 1,198264 2 kg/m3 lbm/min 7,559873 -3 kg/s psi 6,894757 0 kPa cp 1,000000 -3 Pa.s pie3 2,831685 -2 m3 plg3 1,638706 1 mL oF (oF-32)/1,8 oC lbf/100pie2 4,788026 -1 Pa lbm 4,535924 -1 jg lbm/bl 2,853010 0 kg/m3 mol/L 1,000000 -3 kmol/L qt 9,463529 -1 dm3 pie2 9,290304 -2 m2 plg2 6,451600 0 cm2 ton 1,000000 0 Mg pie3/lbm 6,242796 -2 m3/kg gal/lbm 8,345404 0 dm3/kg lbm/pie3 1,601846 1 kg/m3 lbm/gal 1,198264 2 kg/m3 dina/cm2 1,000000 2 mN/cm lbf/pie2 4,788026 -2 kPa


173

ANEXO C DENSIDADES DE SOLUCIONES DE NaCl A 68 ºF Gravedad % Peso de NaCl Densidad NaCl Vol Final* Especifica Solucion (lbm/gal) (lbm/bl) 0,9982 0 8,33 0 1 1,0053 1 8,39 3,53 1,003 1,0125 2 8,45 7,14 1,006 1,0268 4 8,57 14,59 1,013 1,0413 6 8,69 22,32 1,02 1,0559 8 8,81 30,44 1,028 1,0707 10 8,93 38,87 1,036 1,0857 12 9,06 47,72 1,045 1,1009 14 9,19 56,96 1,054 1,1162 16 9,31 66,65 1,065 1,1319 18 9,45 76,79 1,075 1,1478 20 9,58 87,47 1,087 1,164 22 9,71 98,7 1,1 1,1804 24 9,85 110,49 1,113 1,1972 26 9,99 122,91 1,127 *soluciones preparadas agregando el NaCl a un barril de agua DENSIDADES DE SOLUCIONES DE CaCl2 A 68 ºF Gravedad % Peso de CaCl2 Densidad CaCl2 Vol Final* Especifica Solucion (lbm/gal) (lbm/bl) 0,9982 0 8,33 0 1 1,0148 2 8,47 7,14 1,004 1,0316 4 8,61 14,59 1,008 1,0486 6 8,75 22,32 1,013 1,0659 8 8,89 30,44 1,019 1,0835 10 9,04 38,87 1,024 1,1015 12 9,19 47,72 1,03 1,1198 14 9,34 56,96 1,037 1,1386 16 9,50 66,65 1,044 1,1578 18 9,66 76,79 1,052 1,1775 20 9,83 87,47 1,059 1,2284 25 10,25 116,61 1,084 1,2816 30 10,69 149,95 1,113 1,3373 35 11,16 188,4 1,148 1,3957 40 11,65 233,25 1,192 *soluciones preparadas agregando el NaCl a un barril de agua


174

ANEXO D CONCENTRACIONES DE NaCl % Peso de NaCl ppm mg/L 0,5 5000 5020 1 10000 10050 2 20000 20250 3 30000 30700 4 40000 41100 5 50000 52000 6 60000 62500 7 70000 73000 8 80000 84500 9 90000 95000 10 100000 107100 11 110000 118500 12 120000 130300 13 130000 142000 14 140000 154100 15 150000 166500 16 160000 178600 17 170000 191000 18 180000 203700 19 190000 216500 20 200000 229600 21 210000 243000 22 220000 256100 23 230000 270000 24 240000 283300 25 250000 297200 26 260000 311300


175

ANEXO E DENSIDAD DE ALGUNOS ADITIVOS DE LODOS Gravedad Densidad Material Especifica lbm/gal lbm/bl Atapulgita 2,89 24,1 1,011 Agua 1 8,345 350 Diesel 0,84 7 300 Bentonita 2,6 21,7 910 Arena 2,63 21,9 920 Solidos Perforados 2,6 21,7 910 Barita API 4,2 35 1470 CaCl2* 1,96 16,3 686 NaCl* 2,16 18 756 *Sales altamente solubles (no asuma mezclas ideales) CAPACIDADES DE INTERCAMBIO TIPICAS DE ALGUNOS SOLIDOS Miliequivalentes de azul de Solido metileno por 100 g de solidos Atapulgita 15 a 25 Clorita 10 a 40 Gumbo shale 20 a 40 Ilita 10 a 40 Kaolinita 3 a 15 Montmorilonita 70 a 150 Arena 0 a 5 Lutita 0 a 20

apilcaciones de quimica en fluidos de perforacion de pozos (pdf)

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