Lab 3 Sherometro

LABORATORIO DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN

PRÁC PR ÁCTI TICA CA Nº 3 DETERMINACION DE LA RESISTENCIA AL CORTE DE UN FLUIDO DE PERFORACIÓN LA PAZ PAZ MA MARZ RZO O DEL 201 2010 0

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DETERMINACION DE LA RESISTENCIA AL CORTE DE UN FLUIDO DE PERFORACIÓN 1. OBJETIVO La presente práctica tiene por objetivo determinar la resistencia al corte de un fluido de perforación, o la gelatinosidad del fluido de perforación mediante el uso de Shearómetro ó Gelatinosímetro.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO La resistencia al corte de un fluido de perforación se determina utilizando un medidor de corte. Este consiste en un tubo de duraluminio de 3.5 pulgadas y una escala graduada en libras por 100 pies2, la cual esta unida al recipiente para la muestra. El control que se debe ejercer en las propiedades del lodo debe ser  continua, puesto que una densidad elevada generalmente ocasiona un aumento de la gelatinosidad y puede ocasionar que se pegue la tubería o cuando menos las bombas trabajen en excesiva presión. El régimen de caída de las partículas en el fluido de perforación depende tanto de la densidad y del tamaño de los recortes, así como de la densidad, la viscosidad, la fuerza o resistencia gel o de las propiedades tixotrópicas del lodo. La tixotropía se refiere a la propiedad del fluido de volverse mas pastosa (gelatina), cuando está en reposo que cuando se encuentra en movimiento.

Importancia de la gelatinosidad Esta propiedad que deben tener los fluidos de perforación es importante en la función que realizan especialmente en el levantamiento de los recortes desde el fondo del pozo hasta superficie y en el mantenimiento de los mismos en suspensión (mantenerlos donde estaban) en caso de que necesite parar el flujo. Un buen lodo debe tener una gelatinosidad adecuada para mantener  los recortes en suspensión y también impedir que el material suelto de las paredes del pozo se incorpore al lodo; esto es de gran ayuda cuando es necesario parar la circulación del fluido de perforación durante el cambio de trépano, toma de perfiles, etc.

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Gel y Gelatinosidad El gel es un estado intermedio entre el estado líquido y el estado sólido que tienen ciertas suspensiones coloidales, donde las partículas en suspensión tienen gran poder de atracción mutua, por  lo cual se asocian en redes moleculares tridimensionales que retienen entre sus mallas a la fase líquida. A medida que las cadenas se agrupan entre si (gelificación), el gel se transforma cada vez más rígido, lo que da lugar al fenómeno la sinéresis donde el gel se contrae u exuda una parte de la fase líquida. La gelatinosidad de una suspensión es una capacidad para originar  una transformación isotérmica reversible del estado gelatinoso (gel ) al estado líquido mediante el movimiento mecánico es decir  simplemente con la agitación, debido a sus propiedades tixotrópixas que consisten en tener una resistencia gel al corte, mayor cuando esté está en reposo que cuando esta en movimiento. Las unidades en las que generalmente se puede medir son [Lbs/100 ft2] y [g/cm3].

Tixotropía Hay que hacer una distinción entre fluidos viscosos como los aceites, agua, miel, etc. Que permiten el asentamiento de partículas en suspensión independientemente del grado de viscosidad de ellos y fluidos como gelatinas, lodos, jaleas, que realmente no tienen una verdadera viscosidad sino que presentan una resistencia a la deformación (resistencia gel ) debido a las fuerzas o tensiones bajo ciertos límites. Por lo que podemos decir que ante fuerzas de bajo grado de cizallamiento (corte por deslizamiento) los lodos reaccionan igual que los sólidos, es decir, se resisten a las deformación, sin embargo, fluyen como líquidos cuando estas fuerzas son suficientemente altas. A todos esto es lo que llamamos “plasticidad  de un lodo”, es por eso que si un lodo permanece el reposo sin ser  agitado, el grado de plasticidad aumenta conociéndose esto como tixotropía.

Fuerza gel La fuerza de gelatinosidad (gel strength) o resistencia gel es una medida del gel después de un periodo de tiempo de reposo, es decir, la fuerza por unidad de área requerida para producir una deformación en el gel. En la figura la curva superior ilustra un lodo teniendo una fuerza de gelatinosidad cada vez mayor (gel progresiva) y la cueva inferior es de un lodo que alcanza un valor constante de gelatinosidad después de un cierto tiempo de reposo (gel frágil ). Los puntos de intersección

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con ambas curvas respectivamente representan la fuerza de gelatinosidad a las 10 minutos de los lodos, en ambos casos la pendiente de la línea punteada dibujada al origen puede considerarse como el promedio de la rapidez de gelatinosidad para cada una basada en un tiempo de asentamiento de 10 minutos. GELATINOSIDAD FRAGIL Y PROGRESIVA 30 GEL PROGRESIVA 25 ]t f

20 q s 0 0 1\ bl [

15 D A

GEL FRAGIL DI S O

10 IN T A L E G

5

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

TIEMPO [min]

Reopexia La rapidez con la que se forma una gelatina (gelificación) varia de acuerdo con las características fisicoquímicas de la suspensión; esta velocidad de gelificación es la llamada propiedad de reopexia que tiene el fluido de perforación. Una buena resistencia gel es una resistencia que se “forma”  casi inmediatamente el fluido cesa su movimiento (flujo) y se “rompe”  cuando vuelve a fluir. Si el gel se forma lentamente después de que el lodo está en reposo, se dice que la rapidez gel (gel rate) es baja y si el gel se forma en un tiempo relativamente corto, después de que el lodo esta en reposo, se dice que la rapidez gel es alta.

Shearómetro El Shearómetro consiste en un recipiente de aluminio de dimensiones estandarizadas y una escala logarítmica graduada en libras por cada 100 pies cuadrados [Lbs/100 ft2] de corte que está enclavada en

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medio del recipiente que sirve para contener al lodo; diámetro interno y que tienen un peso aproximado de 5,0 ± 0,1 gramos.

SHEAROMETRO

ESCALA

MARCA DEL NIVEL AL QUE DEBE ESTAR EL LODO

RECIPIENTE

3. PROCEDIMIENTO Calibración Realice una inspección visual a la geometría de los tubos y utilice una balanza analítica para verificar periódicamente el peso de los mismos, a fin de desechar aquellos que estén fuera del rango estipulado.

Medición de la gelatinosidad 

Coloque el recipiente en un lugar exento de vibraciones.

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Los tubos a usarse deben estar convenientemente secos y limpios.

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







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Llene el recipiente con un lodo recientemente agitado hasta la marca inferior que indica la escala. Para la gelatinosidad inicial introduzca el tubo en la escala graduada hasta cerca de la superficie del lodo siguiendo una trayectoria vertical. Suelte el tubo y deje que se sumerja por sí solo guiándolo con el dedo si fuese necesario para que no roce excesivamente con la escala. Controle con un cronómetro el tiempo desde el instante en el que se soltó el tubo. Después de un minuto lea el valor de la gelatinosidad en la escala sobre el límite superior del tubo (Ojo, no olvide que la escala se encuentra en escala logarítmica). Si el tubo se sumerge completamente en el lodo en menos de un minuto la lectura será cero.

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Reporte el valor como la gelatinosidad 1 minuto.

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Saque el tubo lentamente, teniendo cuidado de no perturbar el lodo.



Deja reposar el lodo durante diez minutos y realice la prueba con otro tubo limpio procediendo de igual forma que con la medida de la gelatinosidad 1 minuto.

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Reporte el valor como la gelatinosidad 10 minutos.



Reporte la temperatura de la muestra en ºF.

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4. CÁLCULOS 1. Completar la siguiente tabla DENSIDAD Nº

 

GELATINOSIDAD

lb

gr 

Gal

cc

1minuto

  Lbs   2  100· ft  

10 minutos

1 O

8.9 D O L 2 O

8.75 D O L 3 O

8.8 D O L

2. Expresar los valores obtenidos de la gelatinosidad en [g/cm2]. 3. Graficar la fuerza del gel versus el tiempo para cada uno de los lodos y explique el comportamiento de cada uno de estos (gelatinosidad y rapidez de gel) 5. CUESTIONARIO ¿Para cada qué medimos la gelatinosidad de un lodo? ¿Cuál es la relación existente entre la gelatinosidad u la densidad? ¿Qué entiende por fenómeno de sinéresis? ¿A qué llamamos resistencia gel? ¿Qué características de gelatinosidad debe poseer un lodo de perforación? 6. ¿Qué interpretación le daría a que la gelatinosidad de un lodo sea cero? ¿Sirve un lodo con estas características en las operaciones de la perforación?

1. 2. 3. 4. 5.

Bibliografía: Manual of Drilling Fluids Technology Baroid Petroleum Services (1992) Mud Engineering Magcobar  Tecnologia aplicada de lodos Imco Services Lodos de perforación (Petróleos Mexicanos) Ing. Ramón Velasco www.baroid.com www.miswaco.com

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