UMSA – FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA PETROLERA
FLUIDOS DE PERFORACION – LABORATORIO
DOCENTE: ING. FELIX SORUCO
UNIV.: CARLOS ALBERTO TORRICO BORJA
AYUD. DOC.: OMAR SALCEDO
DETERMINACION DEL CONTENIDO DE SOLIDOS Y LIQUIDOS OBJETIVO
La presente práctica tiene por objetivo determinar cualitativamente el contenido de sólidos y líquidos presentes en un lodo mediante análisis de una muestra de lodo de perforación.
FUNDAMENTO TEORICO
Comparación del comportamiento de la relación gas petróleo para los dos casos estudiados.
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La evaluación del tipo y cantidad de líquido residual puede realizarse mediante la caracterización del fluido retenido en coronas o en "cuttings" preservados adecuadamente. En estos casos, para predecir el comportamiento de los fluidos de producción es necesario realizar una integración de datos entre la composición y cantidad de líquido residual y el estudio PVT. Cuando se dispone de historia de producción y de estudios PVT realizados al comienzo de la explotación, pueden realizarse una integración adecuada de la información. Dentro de la clasificación de los fluidos que se usan en la industria petrolera se encuentran los fluidos base agua: los que se dividen en: fluidos con sólidos en suspensión (perforación) y en fluidos limpios o sin sólidos en suspensión, los que son usados en la terminación o intervención de pozos por las ventajas que brindan al estar exentos de sólidos. Debido a que se van incorporando al fluido sólidos, es necesario instalar equipos de control de sólidos , los cuales tienen el objetivo principal de limpiar el lodo, eliminando la mayor cantidad de sólidos, debido a que estos sólidos causan problemas en las boquillas del trépano y de en las camisas de las bombas. Relación petróleo – agua (RPA).- Es la relación existente entre los porcentajes de petróleo y agua que se tienen en un fluido de perforación. Relación sólido – petróleo (RSP).- Es la relación existente entre el contenido de los sólidos y de aceite presentes en un fluido de perforación. Relación sólido – agua (RSA).- Es la relación existente entre el contenido porcentual de los sólidos y de agua presentes en un fluido de perforación. Para lodos de agua fresca, una medición gruesa de las cantidades relativas de baritina y arcilla en los sólidos puede ser obtenida mediante el uso de la siguiente tabla: CANTIDADES RELATIVAS DE BARITA Y ARCILLA EN LOS SÓLIDOS Gravedad Específica de Porcentaje en peso de la Porcentaje en peso de la los sólidos baritina arcilla 2,6 0 100 2,8 18 82 3,0 31 66 3,2 48 52 3,4 60 40 3,6 71 29 3,8 81 19 4,0 89 11 4,3 100 0
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Todos los sólidos, tanto suspendidos como disueltos, serán retenidos en la retorta. Para lodos que contengan cantidades substanciales de sal los cálculos del contenido de sólidos serán incorrectos a menos que se haga una corrección para la sal. El equipo a ser utilizado en esta práctica de laboratorio es la retorta que está compuesta de una cámara aislante donde se introduce la cámara de evaporación, donde se vaporizan los líquidos para la separación de los componentes de la muestra; en la base de la cámara de evaporación se coloca la muestra y se cierra con su tapa. Se tiene también un condensador de flujo que esta conectado directamente con la cámara de evaporación a través de una unión de rosca. Durante la operación no deben aparecer gotas de humedad en ninguna de las partes exteriores de la retorta y condensador, pues si esto ocurre, sería indicio de fugas y por ende de errores en los resultados. MATERIALES
Un equipo de Retorta completo. 50 ml de nuestro lodo base agua de laboratorio. 5 ml de una muestra de petróleo. Una probeta de 50 ml. Una probeta de 10 ml. Licuadora para agitar el lodo. Un cronómetro. Una balanza.
PROCEDIMIENTO Preparación de la muestra. Puesto que en laboratorio se tiene un lodo base agua y que solo contiene bentonita y agua para realizar una prueba de retorta, agregaremos aceite (petróleo o diesel) para simular una muestra posible de campo de la siguiente forma: En una probeta de 50 ml coloque 25 ml de una muestra de lodo recientemente agitado. Agregue 5 ml de aceite (diesel o petróleo), y dos gotas de agente humectante. Cierre el recipiente con su tapa y agite suavemente. Prueba de Retorta. Coloque el instrumento firmemente sobre una superficie plana.
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Inserte un trozo de lana de acero en la cámara de condensación con el objeto de evitar el arrastre de sólidos con el destilado. (Debe tenerse cuidado de que al colocar la lana de acero, ésta no cubra la rosca de unión de dicha cámara porque dificultaría en ajuste correcto del recipiente). Tome una muestra de lodo y llene el recipiente de acero de la retorta hasta llenarlo al ras de su capacidad. Coloque la capa aforadora del depósito y limpie el cuerpo exterior del exceso de lodo que pudiese salir por el orificio. Tenga cuidado de no derramar lodo pues la capacidad del recipiente es de 10 ml (volumen de muestra) y si se sufren pérdidas se tendrían errores en los resultados obtenidos. Enrosque el depósito en la parte inferior de la cámara de evaporación manteniendo siempre éste horizontal en todo momento. Coloque la retorta en la cámara aislante y cierre su tapa superior. Coloque una probeta graduada de 10 ml de bajo de la descarga del condensador (si es necesario coloque una o dos gotas mas de líquido humectante para facilitar la separación de las dos fases). Conecte el aparato a una toma de corriente en el voltaje recomendado en el aparato. Accione el interruptor, al hacer esto, la lámpara piloto deberá encenderse. El tiempo de destilación será de 30 a 35 minutos. Caliente la retorta hasta 10 minutos después de que no se recoja mas condensado. Apague el interruptor (al hacer esto, la lámpara piloto deberá apagarse) y deje enfriar la retorta por unos 10 minutos. Retire la probeta y haga las lecturas correspondientes a los volúmenes de agua y aceite separados. (Los volúmenes deben ser leídos con el máximo de exactitud y con la mayor aproximación posible para que así sean también los resultados). Reporte los volúmenes de agua y aceite colectados en ml. DATOS EXPERIMENTALES
COMPONENTE
Volúmen ml
Agua
8.9
Petróleo
0.8
Sólidos
0.3
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Volumen Total
10
CALCULOS Calcular el porcentaje de agua, aceite y sólidos con las siguientes fórmulas: %V AGUA
Volumen colectado Volumen de muestra
%VACEITE
100%
Volumen colectado Volumen de muestra
100%
%VSOLIDOS 100% (%V AGUA %V ACEITE ) %V AGUA
%V ACEITE
8.9 ml 100% 10 ml
0.8 ml 100% 10 ml
%VAGUA 89%
%VSOLIDOS 100% 89% 9%
%VACEITE 8% %VSOLIDOS 3%
Calcular Las relaciones RPA, RSP, RSA de la muestra del lodo. RPA
% Petróleo % Agua
RSP
Hallamos RPA:
% Petróleo % Agua
RPA
% Petróleo % Agua
% Sólidos % Petróleo
RPA
% Solidos % Agua
VO 0.8 ·100% ·100% 8.25% VO VW 0.8 8.9
VW 8.9 ·100% ·100% 91.75% VW VO 8.9 0.8 RPA
8.25 91.75
RPA 0.09
Hallamos RSP: RSP
% Sólidos % Petróleo
RSP
3 8
RPA
1 11
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Hallamos RSA: RSA
% Sólidos % Agua
RSA
3 89
Con los porcentajes obtenidos en laboratorio tanto de agua, petróleo y el cálculo de los sólidos, determinar la gravedad específica de los sólidos mediante un balance de materia. Hacemos un balance de masa: mO mW m S m L
m i i Vi
OVO W VW S V S LV L
S
LV L OVO W VW VS
lb 453.6 g 42 gal 1 l gal 1 lb 159 l 1000 cc
L 8.68
lb 453.6 g 42 gal 1 l gal 1 lb 159 l 1000 cc
L 6.8
L 1.042 g cc
L 0.815 g cc
1.042 g 10 cc 0.815 g 0.8 cc 1 g 8.9 cc cc cc cc S 0.3 cc
S 2.89 g cc
2.89 g cc GE 1 g cc GE 2.89 Calcular el error porcentual de la gravedad especifica calculada de los sólidos en el anterior punto con respecto a los valores teóricos.
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%E
GER GET GER
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100%
%E
2.89 2.3 2.89
100%
% E 20.42%
Para lodos de agua dulce se puede leer las cantidades relativas de baritina y bentonita contenidas en los sólidos. Usando la siguiente tabla, obtenga el porcentaje en peso de los sólidos para cada lodo. Gravedad Específica de los sólidos 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,3
Porcentaje en peso de la baritina 0 18 31 48 60 71 81 89 100
Porcentaje en peso de la arcilla 100 82 66 52 40 29 19 11 0
CUESTIONARIO Determinar los volúmenes que se colectaran de agua, aceite y el volumen de sólidos si se tienen los siguientes porcentajes: Agua Aceite Sólidos
%VW 21.3% %VO 55.9% %VS 22.8%
Si suponemos que se usó un equipo (retorta) de una capacidad de 10 ml.
VW
21.3% 10 ml 2.13 ml 100%
VO
55.9% 10 ml 5.59 ml 100%
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VS
22.8% 10 ml 2.28 ml 100%
Indique las razones por las cuales el experimento de la retorta solo tiene que utilizar una muestra de 10 ml de lodo.
R.- Sólo se usa un volumen de muestra de 10 ml porque este está estandarizado, ya que, todos los equipos de retorta vienen con una copa o probeta diseñada para contener exactamente dicho volumen. Además se adoptó este volumen para simplificar los cálculos y así poder conocer rápidamente el porcentaje de sólidos y líquidos solo con leer los volúmenes en la probeta. esto facilita de gran manera
los cálculos. O sea se toma esta medida por comodidad y por facilidad que da en los cálculos de volúmenes y porcentajes. Indique otro método para determinar los porcentajes de sólidos, agua y aceite a partir de una muestra de lodo. El Analizador de Fluidos Vivos LFA de la herramienta MDT de Schlumberger, o modulo LFA incluye un canal específicamente sintonizado para registrar la presencia de metano, proporcionando un medio para la obtención de la relación gas petróleo o RGP y por tanto brinda los porcentajes de aceite y agua, luego claro esta, el porcentaje de sólidos. Cuál es el margen de error en la determinación de porcentajes mediante la retorta. R.- El error es variable y depende de una buena diferenciación de las fases líquidas en la probeta, además del uso del agente humectante. Otro factor que afecta es la precisión de las probeta, si en esta solo se aprecian los mililitros el margen de error sería del 10 %, mientras que si se aprecian la décimas de mililitro el margen de error decrecerá al 1 %. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
Aprendimos el manejo de la retorta, el armado y las precauciones que se debe tener para poder realizar una determinación lo mas exacta posible. Observamos claramente la separación de los líquidos de los sólidos. Se pudo observar una emulsión de petróleo y agua en la probeta, esto se debe creo, a la falta de liquido humectante que sirve para facilitar la separación de las dos fases de aceite. Podemos concluir que la retorta es un equipo de mucha ayuda, además que es portátil y de fácil manejo. La densidad del sólido nos debió haber salido alrededor de los 2,3 [g/cc] pero afectó la falta del agente humectante para hacer mediciones mas correctas de los volúmenes de los líquidos.
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La medición de la masa de sólidos es el menos exacto de todos nuestros datos debido a la falta de precisión de nuestra balanza usada en laboratorio.
Nota: El porcentaje volumétrico de sólidos incluye tanto los sólidos suspendidos (material densificante, etc.) como los sólidos disueltos (por ej., sales solubles). Este porcentaje volumétrico representará el total de los sólidos suspendidos, sólo si el lodo es del tipo agua dulce no tratado. Para encontrar el porcentaje volumétrico de sólidos suspendidos y relacionarlos a los volúmenes relativos de sólidos de baja gravedad específica y materiales densificantes, se deberán realizar cálculos, una precisa medición del peso del lodo y concentración de cloruros. Concentración de Cloruros, mg/lt
Concentración de cloruros mg l V ss V s V w 1680000 1.21 C 5 donde: V ss : Porcentaje volumétrico de sólidos suspendidos C 5 : Concentración de cloruros,
mg l
El porcentaje volumétrico de sólidos de baja gravedad específica, Vlg calcula de la siguiente manera: Vlg
g
se
1 100 P f Pb P f V ss 12W m P f Po V o Pb Plg
donde: Vlg : Porcentaje volumétrico de los sólidos de baja gravedad específica %
W m : Peso del lodo, ppg
P f : Densidad del filtrado, g
cc
Pb : Densidad del material densificante,
g
cc
Plg : Densidad de los sólidos de baja gravedad, g
Po : Densidad del aceite,
g
cc
cc
Porcentaje volumétrico (%) de material densificante (V b) se calcula de la siguiente manera:
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V b V ss V lg
Las concentraciones de los sólidos de baja gravedad específica, material densificante y sólidos suspendidos, pueden calcularse de la siguiente manera: C lg 3.49 Plg Vlg C b 3.49 Pb Vb C ss C lg C b
donde:
lb bbl lb bbl lb bbl
C lg : Concentración de sólidos de baja gravedad,
C b : Concentración de material densificante, C ss : Concentración de sólidos suspendidos,
BIBLIOGRAFIA Version 1.1 Date 03-20-03 OFI Testing Equipment – 161-00-C Instructions – Offshore Test Kit, Complete Page 13 of 16 OFITE • 1006 West 34th Street • Houston, TX 77018-6321 USA • Phone (713) 880-9885 • http://www.ofite.com
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