proyecto sistema de circulación del lodo de perforación
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8/10/2019 PROYECTO Sistema de Circulacin Del Lodo de Perforacin
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SISTEMA DE CIRCULACIN DEL LODO DE PERFORACIN
La principal funcin del sistema de circulacin es de hacer circular el fluido de
perforacin hacia el interior y fuera del pozo con el propsito de remover los recortes de
roca del fondo del pozo a medida que se perfora, adems de proveer un medio para
controlar el pozo y las presiones de formacin mediante el fluido de perforacin.
Los fluidos de perforacin o lodo se lo asocian con la perforacin rotaria, ya que no se
puede concebir la perforacin de un pozo por rotacin si no interviene un fluido.
El fluido de perforacin (lodo) es
una mezcla de agua y unos agentes
qumicos (aditivos), a veces se utiliza
disel en vez de agua o se aade un
poco de disel al agua para darle
ciertas propiedades al lodo.
El lodo de perforacin se utiliza
para mantener la presin de formacin
bajo control y para transportar los
recortes de perforacin hasta la
superficie para que los mismos sean
eliminados con los equipos de control
de slidos.
Figura:Sistema de circulacin
Fuente: Programa de Entrenamiento de Schlumberger
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La circulacin del lodo empieza en el tanque de succin. La bomba succiona al lodo del
tanque y lo desplaza hacia la lnea del manifold hasta la tubera vertical que est conectada
a la cabeza de inyeccin, el lodo entra por la cabeza de inyeccin, baja por el cuadrante o
kelly, tubera de perforacin, porta mechas, estabilizadores y sale por las boquillas del
trepano para retornar a la superficie por el espacio anular, finalmente el lodo sale a la
superficie, a travs de la lnea de descarga y cae sobre un tamiz vibratorio llamado zaranda,
esta zaranda separa los recortes ms grandes y los deposita en la fosa y el lodo pasa a los
tanques de control de slidos para luego finalmente llegar a los tanques de succin porque
el lodo ya est en condiciones de ser nuevamente bombeado al pozo.
El sistema de circulacin esencialmente es un sistema cerrado donde el mismo lodo
circula una y otra vez durante la perforacin (ciclo de perforacin). Al fluido de perforacin
de vez en cuando se le aade agua, bentonita, baritina y otros agentes que con la finalidad
de reemplazar lodo perdido o para ajustar las propiedades del lodo a las necesidades de las
formaciones que estn siendo perforadas.
El sistema de circulacin est formado por una serie de equipos y accesorios que
permiten el movimiento continuo del eje principal de la perforacin como lo es el fluido de
perforacin.
EL SISTEMA DE CIRCULACION SE DIVIDE EN LAS SIGUIENTES PARTES
FUNDAMENTALES:
AREA DE PREPARACION DEL FLUIDO DE PERFORACION
Esta rea se encuentra al principio del sistema de circulacin. En esta rea es donde los
fluidos son inicialmente preparados, mantenidos, o posteriormente alterado, dependiendo
de las condiciones existentes en el pozo.
Las alteraciones son necesarias para mantener la estabilidad del pozo, para proveer al
fluido la capacidad de tolerar fluidos de densidad y pesos mayores, Proveer la proteccin a
las zonas productoras.
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La preparacin y mantenimiento de los fluidos de perforacin es absolutamente
necesario para cualquier operacin exitosa. Existen cuatro pasos esenciales para la
preparacin de los fluidos.
Estos son:
Preparacin inicial.
Incremento de la densidad del fluido
Reduccin de la densidad.
Cambio qumico de fluido.
El rea de preparacin de los fluidos de perforacin est compuesto de un montaje de
equipo especializado, que esta cuidadosamente instalado para fcil preparacin y
tratamiento de los fluidos.
El rea generalmente incluye:
DEPOSITO DE MATERIAL
Es una cabaa o cobertizo cerrado y elevado que se encuentra localizada cerca de los
cajones de lodo y los contenedores de almacenamiento general. El depsito de material
contiene sacos apilados de aditivos que son almacenados hasta el momento en que son
necesitados en el programa de tratamiento de lodo. El cobertizo esta usualmente a la misma
altura del tope de los cajones de lodo, esto hace que la descarga de los camiones sea mucho
ms fcil, manteniendo los aditivos secos a cierta altura y facilitando el tratamiento
efectivo.
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CAJONES DE LODO
Los cajones de lodo son contenedores grandes de forma rectangular usados para
contener y controlar el fluido de perforacin cuando este se encuentra fuera del pozo
perforado. Los cajones de lodo son llamados cajones de agitacin o tanques de almacenaje
cuando estn en el rea de acondicionamiento. Los cajones de lodo del rea de preparacin
son llamados de reserva o de succin. Son usados debido a que pueden ser rpidamente
instalados, fcilmente mantenidos y tienen un volumen conocido que facilita el tratamiento.
TOLVA MEZCLADORA
Es un artculo o dispositivo en forma de embudo usado en la adicin de materiales
slidos durante el tratamiento del fluido de perforacin en los cajones de lodo. La tolva
trabaja con un principio de vaco.
Esta tolva mezcladora puede manejar de 5 a 10 sacos de ms de 800 lb. De material por
minuto.
TANQUE MEZCLADOR DE QUIMICOS
Es un dispositivo utilizado para agregar los qumicos del fluido de perforacin. Este
dispositivo en forma de barril est montado encima del cajn de lodo. Es un dispositivo
utilizado para agregar los fluidos de perforacin.
Es preferible agregar algunas sustancias qumicas lenta y continuamente al sistema en caso
que sea difcil hacerlo con la tolva, tales substancias qumicas se mezclan de antemano conagua en un tanque mezclador de qumicos y luego se lo deja gotear dentro del sistema
activo de lodo.
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Estn definidas por el dimetro del vstago, longitud y dimetro de la camisa. La
longitud de la camisa equivale a la longitud de la embolada y el dimetro de la camisa
equivale al dimetro del pistn.
Las bombas duplex son generalmente de doble efecto, pues los dos cilindros descargan
tanto en el movimiento hacia delante de los pistones como en el movimiento hacia atrs.
BOMBAS TRIPLEX
Son de triple accin y se caracterizan por que llevan tres pistones y desplazan el lodo en
un solo sentido o sea que el movimiento del fluido se lleva a cabo en un solo lado del pistn
de la bomba.
Estas bombas proporcionan altas presiones a precio ms barato (20 a 50% menos)
tambin son ms livianas, lo que hace ms fcil su transportacin. Este tipo de bomba esta
definido por la longitud y el dimetro de la camisa.
Las bombas triplex son generalmente de efecto nico, ya que los tres cilindros
descargan solamente en el movimiento del pistn hacia delante.
LINEAS DE DESCARGA.- Son generalmente tubera de 4 a 6 pulgadas en dimetro, son
extra reforzadas. Se acostumbra tener una cmara de amortiguacin con un poco de aire
comprimido en la parte superior, cerca de la descarga de la bomba.
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Grfico:Bomba Triplex
Fuente:
Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores de Schlumberger
TUBERIA VERTICAL.
Es una tubera de acero que se encuentra parada al lado del mstil o torre de
perforacin, y esta conecta al lodo entre las lneas de descarga y la manguera de inyeccin.
La manguera de inyeccin descarga en el cuello de cisne que se ajusta en la parte final y
ms alta de esta tubera vertical y transporta al lodo a la unin giratoria donde es forzado a
bajar por el vstago.
Esta tubera vertical permite que la unin giratoria y la manguera de inyeccin se
muevan verticalmente hacia arriba o hacia abajo segn sea necesario.
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MANGUERA DE INYECCION
Es una manguera de goma reforzada, flexible y extremadamente fuerte que conecta latubera vertical con la unin giratoria. Es flexible porque permite a la unin giratoria
moverse libremente en un sentido vertical.
Debe ser tambin extremadamente durable, ya que esta sujeta aun trabajo fsico severo,
transportando fluido de perforacin extremadamente abrasivo bajo presin. La
caracterstica de flexibilidad permite bajar y elevar la tubera de perforacin durante las
operaciones de perforacin.
Las mangueras de inyeccin son por lo general de 7.62mm o mas de dimetro interior
para que no se tengan en ella cada de presin apreciable, y estn disponibles en largos
mayores de 75 pies.
CUELLO DE GANSO.- Es un extremo de la manguera de inyeccin que tiene forma de (S)
como el cuello de un ganso est conectado a la unin giratoria.
AREA DE ACONDICIONAMIENTO DEL FLUIDO DE PERFORACION
Esta se encuentra cercana a la torre. Esta rea incluye equipo especializado para dejar
limpio el fluido de perforacin despus que este es devuelto del pozo. El equipo
especializado incluye:
Separador de Esquistos (Zaranda vibratoria)
Maquinas Centrifugas
Desgasificador
Desarenador
Desarcillador
Separador de gas-lquidos del lodo
Hidrociclones
Limpiador de lodo
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La funcin primaria de esta rea es remover los recortes indeseables y cualquier gas que
haya ingresado al lodo.
Existen dos mtodos bsicos para remover los recortes y gases: el primero utiliza la
gravedad para evadir los fluidos a travs de la zaranda a la fosa del lodo, el segundo es
mecnico donde los equipos especializados de remocin, montados en las partes superiores
de los cajones de lodo mueven los recortes indeseables y los gases.
Las ventajas de la eliminacin de los slidos del lodo son:
a) Menor desgaste de los elementos que entran en contacto con el lodo: Camisas,
pistones, y vlvulas de las bombas de perforacin, bombas centrifugas; mangueras,
protectores de goma de las barras, etc.
b) Incrementa la vida til del trepano (mejor lubricacin y refrigeracin).
c) Costos menores en el tratamiento de lodo.
ZARANDA VIBRATORIA
La zaranda vibratoria es usualmente montada al final del primer tanque de lodo, su
funcin primaria es eliminar la fraccin ms gruesa de los recortes con la finalidad de
optimizar el uso de los restantes equipos de control de slidos.
Una zaranda se compone de una o varias mallas separadoras que estn montadas sobre
una caja vibradora que es movida por un motor elctrico, el cual a travs de poleas y un eje
excntrico(zarandas convencionales) le imprime la vibracin necesaria para el proceso de
separacin de una parte fluida y de los recortes de formacin. En el caso de zarandas de altavibracin esta es dada por dos motores en giros opuestos.
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Segn Overock la capacidad de procesamiento de una zaranda (caudal que la zaranda
puede procesar sin votar lodo) depende de una serie de factores que van desde la
fabricacin de la misma, (tipo de zaranda, mallas utilizadas, inclinacin de las mallas),
formacin perforada (arenas, arcillas, etc.), el tipo de lodo usado, del caudal de circulacin
y de velocidad de penetracin.
Figura:Separador de esquistos
Fuente:
CENTRIFUGA
Est diseada para remover slidos de baja gravedad especfica y baritina de menos de
3.5 micrones. Slidos de mayor tamao y de mayor densidad son devueltos al sistema.Elimina, adems de slidos parte de la fase liquida del lodo que contiene material qumico
en solucin, tales como lignosulfito, soda custica y otros.
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Las centrifugas de decantacin, estn compuestas de dos conos, uno externo que gira a
baja velocidad y el otro que gira a muy alta velocidad de revolucin.
Las centrifugas rotan el lodo a altas velocidades separando partculas de acuerdo a su
peso, estas unidades pueden extraer partculas de hasta 2 micrones. Tiene una capacidad
mxima de 2035 rpm y puede ser utilizado con lodo de peso mayor de 13 lb/gal.
Figura: Maquina Centrifuga
Fuente:
DESGASIFICADOR
El desgasificador es usualmente montado sobre los cajones del lodo. Su funcin
primaria es continuar removiendo las entradas de gas que an existen en el fluido de
perforacin.
Los gases son removidos porque ellos:
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a) Reducen la densidad del fluido de perforacin.
b) Reducen la eficiencia de la bomba.
c) Decrecen la presin hidrosttica del fluido de perforacin.
d) Incrementa el volumen de fluido
Figura:Desgasificador
Fuente:
HIDROCICLONES
Los hidrociclones son recipientes de forma cnica en los cuales la energa de presin es
transformada en fuerza centrfuga. El lodo se alimenta por medio de una bomba centrifuga,
a travs de una entrada que la enva tangencialmente en la cmara de alimentacin.
Una corta tubera llamada tubo de vrtice (vortex finder) se extiende hacia abajo en el
cuerpo del cono y fuerza a la corriente en forma de remolino a dirigirse hacia abajo en
direccin al vrtice, es decir hacia el extremo delgado del cono.
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Los hidrociclones estn diseados parta separar slidos de diferentes tamaos, de
acuerdo al principio de asentamiento de partculas. El principio bsico del funcionamiento
consiste en hacer pasar tangencialmente el lodo por la parte superior del cono o cicln,
dando origen a una rotacin similar a un torbellino que, a la vez, crea una fuerza centrfuga
que hace que las partculas se concentren hacia la pared del cono.
Las partculas de mayor tamao y densidad se precipitan hacia abajo y son eliminadas
al llegar al fondo del cono. El resto del lodo rebosa por arriba y sale por la abertura sobre el
vrtice. Los hidrociclones tienen diferentes dimetros, El de 6 pulgadas elimina la mitad de
las partculas de 30 a 35 micrones, el de 4 pulgadas descarta el 50% de las partculas de 15
a 20 micrones y el de 2 pulgadas elimina la mitad de las partculas de 5 a 10 micrones.
Los hidrociclones operan eficientemente cuando la descarga es en forma de roci
intermitente. Por el contrario, cuando es en forma de chorro continuo, indica que no se
estn eliminando los slidos indeseables y que adems se est botando el lodo. En este caso
se debe ajustar la presin de operacin y la abertura en el fondo del cono.
Cuando los conos descargan muy poco estn tapados, es necesario destaparlos con la
ayuda de una varilla. Generalmente las varillas de soldadura son muy efectivas para estoscasos.
Existen conos metlicos y de poliuretanos. Los de poliuretanos son ms econmicos,
manuables y requieren menos mantenimiento que los metlicos, adems no son afectados
por la accin abrasiva de los slidos pero si por las altas temperaturas, normalmente a
temperaturas mayores de 160 F se daa la boquilla de descarga.
Finalmente, no es recomendable el uso de hidrociclones para lodos con densidad mayor de
10 lb/gal.
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Figura:Hidrociclon
Fuente:
DESARENADOR (DESANDER)
El desarenador consiste de un numero de conos superpuestos cilndricos estos remueven
pequeas partculas slidas que pasaron por las mallas de la zaranda vibratoria.
El fluido es forzado a pasar por el cilindro bajo presin con las partculas, despus es
removido y descargado por las fuerzas centrifugas.
La posicin correcta de estas unidades es colocarlas despus de la zaranda y su funcin
principal es eliminar las arenas.
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Figura:Desarenador
Fuente:
DESARCILLADOR (DESILTER)
El desarcillador es similar al desarenador en operacin y funcin excepto que el
desarcillador puede remover muy diminutas partculas de la formacin que varan desde 10
a 30 micrones dependiendo del tamao del cono. Su uso es efectivo tanto del desarenador
como el desarcillador, porque esto reduce significativamente el desgaste de la bomba de
lodo.
El desarcillador est diseado para remover los slidos que no han sido descartados por
el desarenador (partculas mayores de 60 micrones). Los conos son por lo general de 4
pulgadas de dimetro y cada uno procesa ms o menos 50 gal/min. A una presin de 40 a
50 psi.
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Figura:Desarcillador
Fuente:
SEPARADOR DE GAS DEL LODO
El separador de gas del lodo es montado encima del equipo de acondicionamiento
prximo a la zaranda vibratoria este es usualmente vertical (algunas veces horizontal)
Sus funciones principales son:
a) Eliminar las grandes cantidades de gas que vienen junto al fluido de perforacin
b) Rescatar algo de fluido de perforacin para pasarlo al desgasificador
c) Conducir cualquier gas inflamable y/o venenoso hasta una distancia segura del
arreglo.
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Figura:Separador de Gas-lquidos
Fuente:
LIMPIADOR DE LODO (MUD CLEANER)
Si los desechos del desarcillador caen sobre una zaranda vibratoria, el conjunto se
conoce con el nombre de MUD CLEANER o limpia lodo. Esta unidad es utilizada para
procesar lodos de alta densidad ya que la malla utilizada permite recuperar la baritina
desechada (material densificante del lodo) por los conos, y eliminar los recortes de
formacin. La zaranda debe llevar mallas muy finas desde 150 a 270 mesh segn sea las
condiciones de trabajo.
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Figura:Mud Cleaner
Fuente: