¿QUE ES CONTROL DE SÓLIDOS? Se puede definir el proceso de control de sólidos como aquel en el cual se persigue la eliminación y remoción de la mayor cantidad posible de los sólidos indeseables generados durante el proceso de perforación, mediante la utilización de equipos especializados para tal fin, en función del tamaño y tipo de sólido. El objetivo principal de un sistema de control de sólidos, es la remoción de los fragmentos y/o cortes de la formación generados durante la perforación. La inversión realizada para el control de sólidos y para la solución de problemas relacionados a los mismos, representan una parte significativa de los costos de perforación (aproximadamente entre un 10 y 15%) TIPOS DE SÓLIDOS Los sólidos constituyen la fase dispersa del fluido y pueden ser: reactivos, no reactivos, deseables e indeseables. Sólidos Reactivos

Se caracterizan por ser de baja gravedad y tener cargas eléctricas. De acuerdo a su origen pueden ser: agregados (comerciales). Ejemplo: Bentonita e incorporados (formación) ejemplo: arcillas. Estos sólidos arcillosos alcanzan el tamaño coloidal cuando están totalmente hidratados y son los únicos que forman revoques lisos, delgados, flexibles de baja permeabilidad y altamente compresibles, que facilitan el control de filtrado. Además, incrementan las propiedades reologicas del fluido y, en consecuencia, mejoran su capacidad de limpieza y suspensión.

Cuando estos tipos de sólidos se encuentran en porcentajes elevados, causan la floculación del fluido y en este caso se trata mecánicamente utilizando una centrifuga de altas revoluciones.

1

Sólidos No Reactivos

Estos sólidos no poseen cargas eléctricas y pueden ser de alta o baja gravedad especifica. Estos tipos de sólidos ya sean de baja o alta gravedad específica: - Disminuyen la tasa de penetración (ROP) - Aumentan la viscosidad plástica - Forman revoques gruesos que reducen el espacio anular, y en consecuencia incrementan la posibilidad de un atascamiento diferencial - Originan problemas de torque y arrastre en la tubería de perforación.

Deseables

La barita es un sólido no reactivo de alta gravedad, clasificada como sedimento, es deseable siempre que no se encuentre en tamaño ultra fino o coloidal, porque causas severos problemas de floculación, sobre todo en fluidos muy pesados.

La barita es un producto que se utiliza como material densificante y de acuerdo con (A.P.I), debe tener una gravedad específica mínima de 4,2 l.p.g

Indeseables Los sólidos no reactivos de baja gravedad son de formación y constituyen el peor contaminante para cualquier tipo de fluido. Están presentes desde que se inicia hasta que finaliza la perforación y no existe mecanismo alguno que los remueva en su totalidad. La arena es el prototipo de los sólidos no reactivos de formación, es muy abrasiva y tiene una gravedad específica promedio de 2.6. Siempre es indeseable, pero realmente causas problemas cuando excede el porcentaje mínimo requerido de acuerdo con la densidad del fluido. Este tipo de sólido nunca debe exceder un porcentaje mayor al 10% v/v. Por tal razón, debe ser removido en forma rápida y eficiente para evitar que se fraccione y disperse durante la circulación. De lo contrario, se hará más 2

pequeño, por lo cual se incrementará su área superficial y, en consecuencia, los problemas operacionales.

BENEFICIOS DEL CONTROL DE SÓLIDOS

El control de sólidos es una tarea difícil pero necesaria, pues mejora la calidad del fluido Y permite obtener los siguientes beneficios:

- Aumenta la tasa de penetración (ROP) - Incremento de la vida útil de la mecha - Mejoramiento de la eficiencia de las bombas - Disminución de las presiones de circulación - Minimización de los atascamientos diferenciales de tuberías - Estabilización de la pared del pozo - Mejores trabajos de cementación - Mejor interpretación de los registros eléctricos - Menores problemas de torque y arrastre - Mejor control reologico del fluido - Disminución de los costos operacionales - Menos daño a la formación - Incremento de la productividad del pozo.

DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS

Las normativas API RP-13B-1 y 13B-2 describen los procedimientos para determinar los ensayos físicos y químicos a los fluidos base agua y base aceite. De estos ensayos, la densidad, el porcentaje de sólidos y líquidos son los utilizados en el cálculo y análisis de sólidos.

Ensayos Físicos La densidad y el porcentaje total de sólidos, son los dos ensayos físicos utilizados en el cálculo y análisis de sólidos. 3



Densidad: La densidad del fluido se determina con una balanza que debe tener una precisión de ± 0.1 lpg. Esta balanza se calibra con agua y el modelo mas utilizado en las operaciones es el siguiente:

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

No.

Pasos

1

Lavar y secar la balanza y colocarla sobre una superficie plana.

2

Tomar la temperatura del fluido y registrarla

3

Llenar la copa de la balanza con lodo, darle unos golpes a la copa con la misma tapa y asentar la tapa con movimientos giratorios, permitiendo que salga exceso de lodo por el orificio de la tapa para liberar el aire o gas que haya quedado atrapado. Tapar el orificio de la tapa con el dedo, lavar la balanza y colocarla sobre el soporte de la base. Correr el cursor a lo largo del brazo hasta lograr que la burbuja se encuentre sobre la línea central. Leer la densidad en el borde izquierdo del cursor y registrarla.

4 5 6 

porcentaje de Sólidos y Líquidos: Para determinar la cantidad de sólidos y líquidos en un fluido de perforación se requiere el uso de un equipo llamado retorta, con capacidades de 10, 20 o 50 cm³ y camisas externas de calentamiento.

4

Funcionamiento: Esta consiste en colocar en una cámara de acero un volumen determinado de muestra y calentarla hasta que los componentes líquidos se evaporen. Estos vapores pasan a través de un condensador y posteriormente son recogidos en forma liquida en un cilindro graduado. El volumen líquido se mide en porcentaje y el resto de los sólidos, suspendidos o disueltos, se determinan por diferencia. Procedimiento: Para determinar el porcentaje de solidos y líquidos en los fluidos de perforación, base agua o base aceite, se procede de la siguiente manera:

N.

Pasos

1.

Limpiar y secar el ensamblaje de la retorta y el condensador

2.

5.

Tomar una muestra de fluido y esperar a que se enfrié a temperatura ambiente Llenar la cámara inferior con muestra de fluido y en forma lenta, para evitar que quede aire atrapado y en consecuencia obtener resultados erróneos. Como medida preventiva, golpee suavemente un lado de la cámara para sacar el aire. Colocar la tapa sobre la cámara y mover en forma rotativa hasta que cierre completamente, asegurándose de que un pequeño exceso de fluido salga por el orificio de la tapa. Limpiar el exceso de fluido.

6.

Colocar lana de acero en la cámara superior

7.

Aplicar lubricante para alta temperatura a las roscas de la cámara inferior y luego conéctela al condensador de la retorta. Colocar el ensamblaje de la retorta en la camisa de calentamiento y cierre la tapa aislante. Colocar un cilindro graduado, limpio y seco debajo del condensador

3.

4.

8. 9. 10.

11.

Poner en funcionamiento la retorta hasta que la condensación termine y espere unos diez minutos antes de retirar el cilindro graduado. Nota: Si parte del volumen del fluido pasa al cilindro graduado, será necesario repetir la prueba Leer registrar el volumen total (agua y aceite) recuperado

Para los fluidos base aceite se debe continuar con los siguientes pasos: 12.

Colocar el cilindro y un contrapeso en oposición al tubo contenedor de la centrifuga y ponerla a girar por dos minutos, a una velocidad aproximada de 1800 rpm 5

13.

Registrar los volúmenes de aceite y agua recolectados.

14.

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

Ensayos Químicos Prueba de azul de metileno (MBT): El MBT es un ensayo químico utilizado para determinar la concentración total de sólidos reactivos presentes en un fluido base agua. Esta prueba se realiza, utilizando los siguientes materiales: 

Agua oxigenada (H2O2 al 3%)



Acido sulfúrico (H2SO4 -5N)



Solución de azul de metileno



Papel filtro Whatman



Frasco Erlenmeyer de 250 cc



Pipeta de 10 cc



Jeringa de 1.0 cc



Calentador



Varilla de agitación

Procedimiento: Pasos

N. 1.

Agregar 10 cc de agua destilada

2.

Agregar 1 cc de fluido

3.

Agregar 15 cc de agua oxigenada al 3%

4.

Agregar 0.5 cc de acido sulfúrico (5N)

5.

Hervir suavemente durante 10 minutos

6.

Completar hasta 50 cc con agua destilada 6

7.

Agregar ½ cc de azul de metileno y agitar durante unos 30 seg.

8.

10.

Tomar una gota de líquido con la varilla de agitación y colocarla sobre el papel filtro. Mantenga la varilla en posición vertical Calentar y repetir el paso siete hasta lograr obtener un punto central azul rodeado de una aureola celeste Repetir el paso ocho para corroborar el punto final

11.

Registrar la cantidad de azul de metileno gastado

9.

MÉTODOS DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS

Los sólidos perforados pueden ser removidos del sistema de circulación por tamizado, asentamiento o mediante equipos mecánicos. El tamizado consiste en la relación de partículas, mediante el uso de mallas de diferentes mesh y el asentamiento en la precipitación de partículas, según su gravedad y tamaño. Sin embargo, el control de sólidos se puede resumir en dos mecanismos principales: químico y mecánico.

La remoción de sólidos ocurre en primera instancia por un proceso de coladura o tamizado. Parte del porcentaje de solidos que pasa a través de las mallas, precipita por gravedad en la trampa de arena, donde en segunda instancia se remueven sólidos por asentamiento. A partir de este momento, los solidos son removidos del sistema de circulación por un proceso de centrifugación.

De los métodos de remoción de sólidos el método mecánico es, sin lugar a dudas, el medio más eficiente y económico para solucionar un problema de sólidos.

EQUIPOS MECÁNICOS DE CONTROL DE SÓLIDOS Procesos de Remoción. De los mecanismos que existen para controlar sólidos, el mecánico es, sin duda alguna, el mas practico y económico, pero requiere de equipos apropiados, instalaciones correctas y mantenimiento adecuado. Es necesario 7

que cada equipo sea instalado en la secuencia correcta; de lo contrario, pierde eficiencia y en consecuencia los sólidos perforados no son removidos sino que pasan de nuevo al sistema de circulación. En este caso se fraccionan y se hacen cada vez más pequeños y por lo tanto imposible de remover. Esta situación se evita, logrando que los equipos de control de solidos funcionen con la máxima eficiencia desde el inicio de la perforación, dado que el control de sólidos es preventivo y no curativo. Secuencia de Instalación. Los sólidos son removidos del sistema de circulación de acuerdo con su tamaño, es decir de mayor a menor. Es por esta razón que los equipos mecánicos deben ser instalados en secuencia, para que los sólidos no descartados por un equipo sean removidos por el equipo que le precede. En este sentido, los equipos básicos que integran el sistema de control de sólidos en cualquier taladro o gabarra de perforación, deben ser instalados en la siguiente

secuencia:

zaranda,

desarenador,

desilter

y

centrifuga

de

decantación. Estos equipos, deben trabajar con la máxima eficiencia para minimizar los problemas operacionales atribuidos al control de sólidos. Es por ello que deben ser diseñados, instalados y mantenidos adecuadamente por personal especializado. ZARANDA (SHALE SHAKER) La zaranda constituye el principal equipo que integra el sistema de control de sólidos y de su eficiencia operacional depende fundamentalmente el rendimiento del resto de los equipos. Es el único equipo que procesa todo tipo de fluido, con o sin peso, y a diferencia de los hidrociclones y de las centrifugas de decantación, separa partículas basándose en su tamaño. La zaranda o shale shaker debe funcionar desde el inicio de la perforación con máxima eficiencia para lograr: 

Máximo descarte de sólidos limpios y secos con mínima perdida de fluido. 8



Máxima recuperación de fluidos costosos.



Mayor durabilidad y capacidad de procesamiento de las mallas.



Mínimo daño a los equipos agua abajo.



Reducir los gastos operacionales.

Este equipo, debe operar todo el caudal en circulación, no debe operar en ningún momento con mallas rotas ni presentar fugas ni “bypass”. Debe operar con mallas finas que no causen perdidas excesivas de fluido ni sobrecarguen a los hidrociclones. Las zarandas lineales son los equipos mas utilizados por la industria por su mayor eficiencia operacional. Este tipo de zaranda trabaja con mallas desde 50 hasta 250 mesh. Es costumbre en el campo instalar mallas de diferentes tamaños en una zaranda, por su puesto que esto es un error, ya que los sólidos descartados por la malla fina, pasa al sistema de circulación a través de la malla gruesa, pero por experiencia desde el inicio de la perforación hasta que finaliza, hemos usado esta combinación por los derrames que se presentan al aumentar el galonaje a medida que se profundiza; y de tal manera que los sólidos que se van incorporando al sistema se van sacando ya sea con el mud cleaner o centrifugas decantadoras. Toda malla descarta, de acuerdo a su punto de corte, el 84% de los sólidos cuyo tamaño sea igual o mayor al orificio de la malla. Por consiguiente, el punto de corte de la malla fina es el que predomina en el proceso de remoción de una zaranda. La cantidad de zaranda que integran un sistema primario en los taladros y gabarras de perforación, depende del caudal óptimo diseñado para perforar el hoyo de mayor diámetro. Es importante también mantener una buena distribución de flujo uniforme a la entrada del sistema para que cada zaranda procese el mismo caudal.

9

Volumen de procesamiento y capacidad de separación El volumen de fluido que puede procesar una zaranda y la capacidad de separación de sólidos, depende principalmente de los siguientes parámetros: 

Motores



Fuerza “G”



Retención de las mallas

Los motores: las características básicas de los motores de una zaranda son: antiexplosivos, trifásicos 230/460, 60 Hz, de 2 a 3 HP, 1770 a 1800 RPM. La velocidad del motor es la que realmente influye en la capacidad de procesamiento y separación de partículas en una zaranda lineal. Fuerza “G”: es la fuerza relacionada con la capacidad que tiene la zaranda para desplazar el fluido, los cortes sobre las mallas. Esta fuerza depende del porcentaje de ajuste de las contra pesas o pesos excéntricos colocados en los extremos de los motores y en otras de las RPM de los motores. 

Amplitud y Emboladas: Se entiende por amplitud el recorrido de la partícula desde su posición inicial hasta el punto de máximo desplazamiento, y por embolada el doble de la amplitud. En el movimiento circular, la amplitud es el radio del círculo y la embolada es el diámetro, mientras que en el movimiento elíptico, la embolada es el eje mayor de la elipse y la amplitud es la mitad de la embolada.

Embolada Embolada

Amplitud

Amplitud

Circular

Elíptico 10

La embolada es un parámetro que permite describir el movimiento y la dirección de las partículas sobre las mallas. La embolada se calcula mediante una etiqueta o tarjeta que se coloca externamente sobre la superficie de la canasta (deck). La vibración origina un círculo bien definido que, conjuntamente con uno de los círculos de la tarjeta, toma la figura de un ocho. La embolada corresponde al valor del círculo tocado y la tangente entre los dos círculos indica la dirección de la partícula. Luego ese valor se toma y se usa

la

siguiente formula: Fuerza G = STROKE (EMBOLADA) X (RPM)² 70490

Retención de las Mallas: la tensión de las mallas influye notablemente en su durabilidad y en la capacidad de separación de las partículas, esto quiere decir que la falta de tensión aumenta las emboladas y en consecuencia, lo que retarda la salida o el descarte de las partículas. Las bajas vibraciones por falta de tensión causan altas emboladas que facilitan la formación de una capa fina de fluido sobre las mallas, lo que trae como consecuencia la disminución de la conductancia o permeabilidad de las mallas. Las altas emboladas observadas durante la perforación son una demostración cualitativa del mal funcionamiento de una zaranda, razón por la cual es imprescindible mantener constantemente el tensionamiento de las mallas.

MALLAS (SCREEN)

La malla es uno de los componentes de la zaranda que tiene por función el control de sólidos por tamizado, y su eficiencia depende de una selección adecuada y del rendimiento del resto de los componentes de la zaranda. Para seleccionar la malla mas adecuada de una zaranda, se toman en consideración varios parámetros, como:

11



Caudal o tasa de bomba



Densidad o peso del fluido



Viscosidad plástica



Diámetro del hoyo



Tasa de penetración



Tipo de formación

De todos estos parámetros, el caudal, el peso o la viscosidad plástica, son los que realmente toman en consideración las empresas de servicio para seleccionar las mallas de sus equipos.

Tamaño (Mesh): Este término se refiere a la cantidad de orificios que tiene la malla por pulgada lineal. Es obvio que una malla fina tiene más orificios que una malla gruesa y por lo tanto, descarta más sólidos, pero tiende a durar menos. La malla gruesa procesa mas volumen, dura mas, pero descarta menos solidos indeseables. NOTA: Después de seleccionar e instalar la malla se debe observar continuamente su comportamiento real. El factor visual es muy importante en estos casos. Por ejemplo, una bien seleccionada, instalada en una zaranda donde todos sus componentes estén funcionando adecuadamente, procesa por lo menos el 75% del caudal en circulación, en otras palabras, permite que el fluido llegue a una distancia entre 30 a 45 cm de su extremo. Sin embargo, es posible que la malla pierda capacidad de procesamiento a pesar de estar bien seleccionada. Cuando esto sucede, se debe buscar la causa del problema y no recurrir al cambio de continuo de mallas, como es costumbre de campo.

Punto de corte: Este término esta relacionado con la cantidad de partículas descartadas por una malla, un hidrociclon y una centrifuga de decantación, de acuerdo con un porcentaje establecido. El punto de corte de un amalla generalmente se refiere al diámetro de su orificio. Por ejemplo: una malla 210 tiene orificios de 98 µ y su punto de corte 12

es precisamente 98 µ, lo cual significa que esta malla descarta el 84% de las partículas mayores a 98µ, deja pasar el 16% de las partículas menores de ese tamaño y descarta con seguridad el 50% de toda partícula cuyo tamaño este alrededor de 98 micrones. Es importante resaltar que el punto de corte no se refiere necesariamente al descarte del 100% de las partículas mayores a dicho valor, por ejemplo: un punto de corte de 20µ no remueve necesariamente el 100% de las partículas mayores de 20µ. Pero, si descartara con seguridad el 50% de las partículas que estén alrededor de ese tamaño.

Conductancia: este término está relacionado con la permeabilidad de una malla, es decir, con su capacidad de procesar fluido. La conductancia disminuye: 

Al reparar las mallas con silicón o con tapones



Por los soportes o rieles de sustentación que forman la durmiente donde descansan las mallas.

Actualmente en el mercado se esta usando mucho más las mallas piramidales por ofrecer sus múltiples ventajas, como son: 

Mayor área superficial



Mayor capacidad de procesamiento



Mayor y mejor distribución de los sólidos



Mayor recuperación de volumen liquido



Mayor porcentaje de descarte de sólidos secos



Menor desgaste del tejido



Menor posibilidad de taponamiento



Menor efecto saltarín de los sólidos

13

En las mallas piramidales la fuerza de gravedad obliga a los solidos a mantenerse en la parte baja de cresta, a lo largo de todo el panel. Mientras que en las convencionales, los solidos forman una capa continua sobre ellas que reduce el paso del fluido y disminuye, en consecuencia, su permeabilidad o conductancia.

ANGULO DE INCLINACIÓN DE LAS ZARANDAS

Las zarandas lineales tienen ángulo positivo y negativo. La orientación dependerá del tipo de formación. En arena se recomienda una inclinación positiva entre 2º y 4º, y en arcilla una inclinación que puede variar entre menos 2 a mas 2º.

En la mayoría de las veces cuando se tiene una inclinación mayor de 3º, se acumulan sólidos formando una camada en la parte posterior de la zaranda. HIDROCICLONES Un hidrociclon es un cono que separa sólidos por centrifugación. En su mayoría se fabrican de poliuretano, material liviano y resistente a temperaturas y abrasividad. Algunos están constituidos por una solo pieza; otros se pueden dividir en dos o tres partes. Un hidrociclon o cono es como se muestra a continuación:

14

Funcionamiento: El proceso de separación de partículas se lleva cabo de la siguiente manera: el fluido entra al cono a presión y en forma tangencial, choca contra un vértice y desarrolla una fuerza centrifuga, la cual permite que las partículas de mayor tamaño y gravedad se separen de la fase liquida y se peguen a la pared del cono, deslizándose hacia la parte inferior por donde son descartados. Las partículas de menor tamaño y gravedad toman el centro del cono y retorna al sistema de circulación por la parte superior o línea de descarga, tal como se muestra en la siguiente figura:

Salida (Fluido limpio) Entrada

.

. . . . Fluido con sólidos

.

.. .. ..

Corriente de Aire

Capacidad de Procesamiento: la capacidad de procesamiento y la presión trabajo de un hidrociclon dependen fundamentalmente de su diámetro interno. La capacidad aumenta en la medida que aumenta el diámetro interno del 15

hidrociclon, mientras que la presión, suministrada por la bomba centrifuga que alimenta a los hidrociclones, disminuye.

CONO (ID)

4”

5”

6”

8”

10”

12”

Capacidad (GPM)

50-75

70-80

100-150

150-250

400-500

Presión (PSI)

30-40

30-40

30-40

25-35

20-30

500-600

20-30

Eficiencia Operacional: la eficiencia operacional de un hidrociclon depende básicamente de: 

La concentración y tamaño de los sólidos



Las propiedades reologicas del fluido, sobre todo la plástica



Del porcentaje liquido emulsificado en la fase continua

Esta eficiencia se determina cualitativamente por el tipo de descarga, que puede ser: mecate, chorro, paraguas y rocío; y cuantitativamente, mediante la aplicación de los métodos de remoción.

Punto de corte de los Hidrociclones: El punto de corte de un hidrociclon incrementa en la medida que aumenta su diámetro interno, tal y como se aprecia en la siguiente tabla:

4”

5”

6”

8”

10”

12”

15-20

20-25

25-30

30-40

30-40

40-60

El punto de corte de un hidrociclon también se incrementa en los siguientes casos: 

Cuando se perfora con fluidos base aceite



Cuando se incrementa la cantidad de partículas por falta de remoción 16

Está demostrado que el punto de corte de un hidrociclon de 4” aumenta de 20 a 70µ cuando se perfora con un fluido base aceite. Esto significa que su eficiencia disminuye drásticamente dado que un porcentaje aproximado del 84% de las partículas entre 20 y 70µ no es removido, agravando la situación con el control de sólidos. El incremento de partículas aumenta la viscosidad plástica y a su vez el punto de corte. Cono Lavado: Los hidrociclónes son afectados por los sólidos y las altas temperaturas. Cuando la superficie interna del cono muestra cierta rugosidad, producto de la acción abrasiva de los sólidos, se dice que esta lavado y por lo tanto debe ser reemplazado. Igualmente sucede con las boquillas de descarga, deben ser sustituidas cuando pierden consistencia por las altas temperaturas. DESARENADOR. Es un equipo de control de sólidos diseñado para remover arena. Este aparato puede estar formado por uno, dos o tres conos, generalmente de 10 o 12” de diámetro interno, con punto de corte de 40µ. Cada cono procesa aproximadamente 500 gal/min y debe estar en capacidad de procesar el 125% del volumen total en circulación. La cantidad de conos que integran un desarenador se toma con base al caudal máximo a usar durante la perforación del hoyo superficial, y es por ello que la mayoría de los taladros tienen instalados desarenadotes de dos conos.

17

DESILTER Es un equipo de control de sólidos diseñado para remover sedimento, partículas entre 2 y 74µ. Su capacidad de procesamiento depende del tamaño y cantidad de conos que lo integran. Generalmente tiene varios conos de 4” que manejan aproximadamente 50 gal/min c/u, con punto de corte de 20µ. Un desilter de 10 conos de 4” procesa aproximadamente 500 gal/min, y esta en capacidad de manejar el 150% del volumen total.

LIMPIADOR DE LODO O MUD CLEANER El limpiador de lodo o mud cleaner es un equipo de control de sólidos que combina desilter, desander con una malla fina.

La función básica de un limpiador de lodo consiste en hacer pasar a través de la malla fina, generalmente de 210 mesh en adelante, la descarga inferior del desilter y/o desander, recuperar barita, carbonato y descartar los sólidos perforados. Este procedimiento permite mantener libre de impurezas al fluido, sin perder densidad.

Cuando se trabajo con un mud cleaner es de suma importancia conocer la potencia del motor de la bomba centrifuga que alimenta tanto al desilter como

18

al desander, ya que sobrepasar la relación de “4 veces la densidad del fluido, podría causar problemas de sobrecalentamiento y dañar el motor.

Este equipo conocido como tres en uno, opera como una sola unidad integrada por un desarenador y un desilter montados sobre una zaranda lineal. Esta combinación ahorra espacio, sobre todo en las gabarras de perforación. Este equipo tiene una gran capacidad de procesamiento y se utiliza frecuentemente, tanto en el proceso de recuperación de fases liquidas costosas y descarte de sólidos indeseables, como en el proceso de solidificación de sólidos.

BOMBAS CENTRIFUGAS Es un equipo provisto de un impeler o rotor, un eje y una cubierta (carcaza), que descarga fluido por fuerza centrifuga. La descarga de una bomba centrifuga depende básicamente del diámetro del impeler, el cual puede variar, en algún tipo de bomba, entre 8-1/2” y 13-1/4”. Las que se usan en el campo son como se muestra a continuación:

19

Función de las Bombas Centrifugas: Las bombas centrifugas son utilizadas en los taladros de perforación para alimentar a los desarenadotes y desilter. La que alimenta al desarenador succiona del compartimiento del tanque donde llega el fluido después de pasar por las zarandas y la que alimenta al desilter succiona del compartimiento donde descarga el desarenador. Tanto la succión como la descarga deben estar formadas por líneas rectas, para minimizar la perdida de presión por fricción. La longitud de estas líneas no debe ser mayor a tres veces su diámetro; es decir, para una bomba de 6”x5”, la succión debe ser menor de 18’ (6x3=18) y la descarga menor de 15’ (5x3=15).

Para

evitar

problemas

de

sedimentación

o

erosión

que

afecten

considerablemente el impeler de las bombas centrifugas, y en consecuencia el caudal y la presión, se requieren velocidades mínimas de flujo de 4 pies/seg en la succión y 10 pies/seg, en la descarga.

Carga: La carga de una bomba centrifuga se relaciona con la altura alcanzada por el fluido en tubo vertical abierto, es independiente del fluido bombeado y depende la geometría del casco de la bomba, del diámetro del impeler y de la velocidad de rotación. En conclusión: la carga es función de la altura y la presión es función del peso del fluido.

La mayoría de los hidrociclones están diseñados para trabajar con 75 pies de carga y con una presión de más o menos cuatro veces la densidad del fluido, es decir:

Presión = 0.052xWxH= 0.052xWx75 = a ± 4W En la tabla mostrada a continuación, se puede notar la variación de la presión de una bomba centrifuga, según la carga y el peso del fluido:

20

Peso (Lb/gal)

Presión

8.5

9.0

9.5

10.0

10.5

30

68

64

61

58

55

35

79

75

71

67

64

40

91

86

81

77

73

45

102

96

91

86

62

50

113

107

101

96

92

Efecto de la carga sobre la presión, caudal y punto de corte de un cono: Es un hecho que la presión de trabajo y la capacidad de procesamiento de un hidrociclon disminuye al bajar la carga, pero el punto de corte aumenta, lo cual reduce en forma notable la remoción de partículas finas. En la siguiente tabla se pude confirmar lo anteriormente dicho:

Punto de corte

Tasa de flujo

D 50%

(GPM)

128

16

65

40

88

18

54

17

38

25

35

Presión (Psi)

Carga (Pies)

58

Características principales de las bombas centrifugas: En la siguiente tabla se muestra las características de algunas bombas centrifugas usadas por la industria en taladros de perforación: Rango máximo de Trabajo Tamaño

Descarga

Succión

Eje

Diámetro Del Impeler

1”x11/2”

1”

1-1/2”

11/8”

8-1/2”

21

Carga

Caudal

Altura

Presión

(GPM)

(Pies)

(PSI)

10-140

335

145

1-

1-1/2”

2”

2”x3”

2”

3”

3”x2”

2”

3”

3”x4”

3”

4”

4”x5”

4”

5”

5”x6”

5”

6”

6”x8”

6”

8”

1/2”x2”

11/8” 11/8” 17/8” 17/8” 17/8” 17/8” 17/8”

8-1/2”

20-225

325

140

8-1/2”

40-450

325

140

13”

50-450

360

155

13”

100-600 355

153

12”

200-800 178

77

12”

13-1/4”

4001200 4001600

172

74

200

86

CENTRIFUGA DE DECANTACIÓN Una centrifuga de decantación es un equipo de control de sólidos que remueve sólidos por centrifugación. Está conformado por un tambor (bowl) de acero inoxidable y un transportador o tornillo helicoidal con doble conexión (screw conveyor) que gira en diferente dirección al bowl y a una velocidad ligeramente menor.

Funcionamiento:

El fluido entra por el lado de la descarga sólida, cuando este fluido entra debido a las rpm que va girando el bowl, se genera internamente una fuerza centrifuga, la cual lo experimenta el fluido, lo que permite separar la fase sólida de la liquida. El conveyor que se encuentra adentro arrastra todos los sólidos que se pegan en la pared del bowl y la fase liquida va saliendo por las boquillas del otro extremo del bowl.

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Estado de humedad y sequedad de los sólidos:

El estado de humedad y sequedad de los solidos descartados por una centrífuga de decantación se puede lograr mediante el cambio de las rpm del bowl. Al aumentar la velocidad, los solidos salen más secos. Porque disminuye la cantidad de solidos que permanecen sedimentados en la pared del tambor, pero al bajar las rpm, los sólidos salen mas húmedos. 15.3 Fuerza “G” La fuerza “G” de una centrifuga es función solo de las rpm de bowl y se calcula mediante la siguiente ecuación:

G = (RPM bowl)² (.0000142) (Ø bowl en plg) Una mayor velocidad del bowl genera una alta fuerza “G” y acelera el proceso de sedimentación. Esto da como resultado: 

Descarga liquida mas limpia



Sólidos mas secos



Mayor fuerza de deslizamiento

TIPOS DE CENTRIFUGAS

En perforación se utilizan por lo general dos tipos de centrifugas: una de baja revoluciones, para recuperar barita y otra de alta para descartar sólidos cercanos al tamaño coloidal (2-5µ). Estas centrifugas se colocan en secuencia y pueden operar independientemente o en serie.

Centrifuga de Baja Esta centrifuga trabaja a ± 1800 RPM, desarrolla una fuerza “G” de ± 1000, con punto de corte de 5µ. Procesa de 10 a 30 GPM, con un factor de dilución de 2 23

a 6 GPM, dependiendo del peso y viscosidad del fluido. A mayor peso, la capacidad de procesamiento de la centrifuga es menor.

Este tipo de centrifuga descarta aproximadamente el 40% o mas del fluido procesado, porque mas o menos un 25% de la barita, antes de entrar en circulación, tiene un tamaño de 6µ, el cual se reduce a 5µ una vez que entra en circulación.

Centrifuga de Alta Esta centrifuga trabaja a ± 3400 RPM, desarrolla una fuerza “G” de ± 3000, con punto de corte de 2µ. Procesa de 40 a 90 GPM, dependiendo, por supuesto, del peso del fluido. No usa dilución, salvo cuando el fluido tenga alta viscosidad.

Al perforar con fluido densificado o no, es decir, con o sin barita, carbonato, se recomienda tener disponible una centrifuga de alta, para solventar problemas de floculación causados por sólidos ultra finos. Este problema es grave, sobre todo cuando se perfora con fluido pesado

Centrifugas de alto Volume Estas centrifugas pueden procesar caudales entre 250 y 300 GPM, con densidad de 9 lb/gal y se utilizan normalmente para tratar fosas de desecho en control ambiental.

Centrifuga secadora Actualmente se usan centrifugas secadoras compactas que carecen de vibración y funcionan con mallas de diferentes tamaños. Este tipo de centrifuga trabaja normalmente a 1100 RPM y tiene la ventaja de recuperar mas del 50% del fluido tratado.

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Tasa de Flujo. La tasa de flujo procesada por una centrifuga debe ser igual al caudal de alimentación, pues de lo contrario se originan problemas de taponamiento.

Caudal procesado según el peso del fluido. Para lograr las ventajas que ofrecen las centrifugas como equipo de control de sólidos, es imprescindible ponerlas a trabajar con su capacidad real de procesamiento. En la siguiente tabla se observan los caudales procesados por diferentes tipos de centrifugas, de acuerdo a la densidad del fluido:

Densidad

Centrifuga Baja

Alta

Alto Volumen

8.5

40

90

-

9.0

38

75

250

9.5

-

65

200

10.0

36

60

150

11.0

34

40

-

12.0

31

-

-

13.0

27

-

-

14.0

23

-

-

15.0

20

-

-

16.0

17

-

-

17.0

13

-

-

18.0

10

-

-

19.0

8

-

-

20.0

7

-

-

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DESGASIFICADOR

Este equipo, aunque no forma parte de los equipos de control de sólidos, ayuda a mejorar su eficiencia al remover el gas del fluido cuando esta presente. Este debe procesar un volumen mayor al de la tasa de bombeo para evitar la recirculación del gas y debe succionar del compartimiento continuo a la trampa de arena y descargar en el siguiente compartimiento. Es recomendable mantenerlo en funcionamiento mientras se obtiene el fondo arriba, para remover el posible gas de viaje o de conexión.

El gas disminuye considerablemente la densidad del fluido y afecta, por cavitacion las bombas de lodo y las centrifugas que alimentan a los hidrociclones. Cuando hay problemas con gas, es recomendable bajar la reologia del fluido para facilitar el desprendimiento de las burbujas, y mejorar de esta manera la eficiencia del desgasificador.

Una manera de verificar la eficiencia de un desgasificador es pesando el fluido en la succión y descarga del equipo, de manera que si la diferencia de densidad es mínima, indica baja eficiencia y si es alta, todo lo contrario.

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