Universidad Nacional

Autónoma de México

Facultad de Ingeniería

División de ingeniería en ciencias de la

tierra

Geotecnia de excavación

Prof.: Édgar Montiel Gutiérrez

Alumnos:

Hernández soto Raúl Martín

RODRIGUEZ DÁVILA GERARDO

“PRÁCTICA DE FUIDOS DE PERFORACIÓN”

FECHA: 13/04/2015

PRÁCTICA DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN

PREVIO

1) Definir

-Densidad: La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Así, como en el S.I. la masa se

mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m³) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico(kg/m³)

-Barita: La barita, es un mineral que se encuentra en la naturaleza como masas cristalinas de color blanco, verdosas, grisáceas o rojizas;

El lustre es vítreo, dureza, 3; la gravedad específica, 3.5-4.5. Los minerales asociados son numerosos: calcopirita, calcita, aragonito,

sulfuro, pirita, cuarzo, vanadinita, cerusita y fluorita.

La barita es un sulfato de bario natural usado para incrementar la densidad de los fluidos de perforación, usualmente estandarizado a

una densidad de 4.20. Se encuentra en la naturaleza como masas cristalinas de color blanco, verdosas, grisáceas o rojizas. La celestita

(SrSO4) tiene la misma estructura de cristales que la barita y sus formas; los dos cristales son indistinguibles por métodos ordinarios,

pero una prueba a la flama puede distinguirlos: al exponer el polvo de los cristales al fuego, el color de la llama confirmará la identidad

del cristal, si ésta es verde pálido es baritina, si es roja es celestita.

-Bentonita: Es una arcilla formada esencialmente por minerales del grupo de la esmectita, independientemente de su ocurrencia u

origen. Es clasificada en sódica y cálcica, en base al catión predominante entre las capas y a la habilidad para dilatarse. La bentonita

sódica (Na+) exhibe una alta capacidad de dilatación en agua, mientras que la bentonita cálcica (Ca+) tiene mucho menos capacidad

de dilatación.

-Propiedades del agua: El agua no tiene color, sabor ni olor, un átomo de oxígeno liga a dos átomos de hidrógeno. Los átomos de

hidrógeno se "unen" a un lado del átomo de oxígeno, resultando en una molécula de agua, teniendo una carga eléctrica positiva en

un lado y una carga negativa en el otro lado. Ya que las cargas eléctricas opuestas se atraen, las moléculas de agua tienden a

atraerse unas a otras, haciendo el agua "pegajosa."

Cuando las moléculas de agua se atraen unas a otras, se unen. Esta es la razón del porqué se forma las gotas. Si no fuese por la

gravedad de la Tierra, una gota de agua tendría forma redonda.

Al agua se le llama el "solvente universal" porque disuelve más substancias que cualquier otro líquido. Esto significa que a donde

vaya el agua, ya sea a través de la tierra o a través de nuestros cuerpos, lleva consigo valiosos químicos, minerales y nutrientes.

El agua pura es neutral pH. de 7, lo que significa que no es ácida ni básica.

El agua es la única substancia natural que se encuentra en sus tres estados -- líquida, sólida (hielo) y gaseosa (vapor) -- a las

temperaturas encontradas normalmente en la Tierra. El agua de la Tierra está cambiando constantemente y siempre está en

movimiento.

El agua se congela a 0o grados Celsius (C) y hierve a 100o C (al nivel del mar). Los puntos de congelamiento y ebullición son la base

para medir la temperatura: 0o En la escala Celsius está el punto de congelamiento del agua, y 100o es el punto de ebullición del agua.

El agua en su forma sólida, hielo, es menos densa que en su forma líquida, por eso el hielo flota.

El agua tiene un alto índice específico de calor. Esto significa que el agua puede absorber mucho calor antes de empezar a

calentarse. Es por esta razón que el agua es muy valiosa como enfriador para las industrias y para el carburador de su automóvil. El

alto índice específico de calor del agua también ayuda a regular el rango de cambio de la temperatura del aire, y ésta es la razón por

la cual la temperatura cambia gradualmente (no repentinamente) durante las estaciones del año, especialmente cerca de los

océanos.

El agua tiene una tensión superficial muy alta. Esto significa que el agua es pegajosa y elástica y tiende a unirse en gotas en lugar de

separarse en una capa delgada y fina. La tensión de la superficie es la responsable acción capilar, de que el agua pueda moverse (y

disolver substancias) a través de las raíces de plantas y a través de los pequeños vasos sanguíneos en nuestros cuerpos.

Estas son algunas de las propiedades del agua:

o Peso: 62.416 libras por pié cúbico a 0°C

o Peso: 61.998 libras por pié cúbico a 38°C

o Peso: 8.33 libras/galón, 0.036 libras/pulgada cúbica

o Densidad: 1 gramo por centímetro cúbico (cc) a 39.2°F, 0.95865 gramo por cc a 100°C

-Viscosidad: La viscosidad de un fluido se define como su resistencia al corte. Se puede decir que es equivalente a la fricción entre

dos sólidos en movimiento relativo.

Cuando deslizamos un sólido sobre otro, es preciso aplicar una fuerza igual en dirección y magnitud a la fuerza de rozamiento pero

de sentido opuesto:

, donde (m) es el coeficiente de rozamiento y ( ) es la fuerza normal, para que el sólido se mueva con

velocidad constante ( ) en dirección, sentido y magnitud.

-Gelatinosidad: Cuando la circulación se interrumpe por un tiempo determinado, los recortes quedan suspendidos debido a una

característica del lodo llamada “gelatinosidad” la cual evita que los cortes caigan al fondo y causen problemas al meter la tubería y al

reanudar la perforación.

-Impermeabilidad: La permeabilidad es la capacidad que tiene un material de permitirle a un flujo que lo atraviese sin alterar su

estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un

tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable.

La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores básicos:

la porosidad del material;

la densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura;

la presión a que está sometido el fluido.

-¿Cómo se mide la densidad de los líquidos, sólidos y los lodos de perforación?

Se determina pesando en una balanza un volumen conocido de lodo. La escala de la balanza (Baroid) da directamente el valor de la

densidad del lodo. La densidad de los lodos bentoníticos puede variar desde poco más de la unidad hasta 1,2 aproximadamente.

Para conseguir densidades mayores y que el lodo siga siendo bombeable, es preciso añadir aditivos como el sulfato bárico (baritina)

que tiene una densidad comprendida entre 4,20 y 4,35, lográndose lodos con densidades de hasta 2,4. Otros aditivos para aumentar

la densidad, aunque menos usados, son la galena (7,5), con cuya adición se pueden alcanzar densidades análogas a la de la baritina,

el carbonato cálcico (2,7) o la pirita (5). Para rebajar la densidad será preciso diluir el lodo mediante la adición de agua.

-Principio de Arquímedes: “Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido recibe un empuje hacia arriba (ascendente)

igual al peso del fluido que desaloja”.

-Partículas coloidales: Los coloides son las partículas de muy bajo diámetro que son responsables de la turbidez o del color del agua

superficial. Debido a su muy baja sedimentación la mejor manera de eliminarlos es por los procesos de coagulación-floculación.

-Diferencias entre Mezcla y suspensión: Las mezclas son materiales químicos constituidos por la unión física de dos o más sustancias

diferentes. a mayoría son mezclas; es decir, una combinación de dos o más sustancias puras cuya composición es variable (plástico,

aire, piedra, agua, etc.) . Las soluciones son mezclas homogéneas formadas por un soluto y un solvente (el soluto se disuelve

totalmente en el solvente). Este tipo de mezclas puede separarse en sus componentes por procedimientos físicos. Ejemplo: agua y

sal. Coloides: son mezclas homogéneas cuyos componentes no son visibles a simple vista, pero sí al ser atravesadas por un rayo de

luz.

2)¿Qué es el ph?

El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O]+ presentes en

determinadas disoluciones.

La sigla significa ‘potencial hidrógeno’, ‘potencial de hidrógeno’ o ‘potencial de hidrogeniones’ (pondus hydrogenii o potentia

hydrogenii; del latín pondus, n. = peso; potentia, f. = potencia; hydrogenium, n. = hidrógeno). Este término fue acuñado por el

químico danés S. P. L. Sørensen (1868-1939), quien lo definió en 1909 como el opuesto del logaritmo en base 10 (o el logaritmo del

inverso) de la actividad de los iones hidrógeno. Esto es:

-Ácidos: Un ácido (del latín acidus, que significa agrio) es considerado tradicionalmente como cualquier compuesto químico que,

cuando se disuelve en agua, produce una solución con una actividad de catión hidronio mayor que el agua pura, esto es, un pH

menor que 7. Esto se aproxima a la definición moderna de Johannes Nicolaus Brønsted y Thomas Martin Lowry, quienes definieron

independientemente un ácido como un compuesto que dona un catión hidrógeno (H+) a otro compuesto (denominado base).

Algunos ejemplos comunes son el ácido acético (en el vinagre), el ácido clorhídrico (en el Salfumant y los jugos gástricos), el ácido

acetilsalicílico (en la aspirina), o el ácido sulfúrico (usado en baterías de automóvil). Los sistemas ácido/base se diferencian de las

reacciones redox en que, en estas últimas hay un cambio en el estado de oxidación. Los ácidos pueden existir en forma de sólidos,

líquidos o gases, dependiendo de la temperatura y también pueden existir como sustancias puras o en solución.

-Alcalinidad: la capacidad del agua para neutralizar ácidos o aceptar protones. Esta representa la suma de las bases que pueden ser

tituladas en una muestra de agua. Dado que la alcalinidad de aguas superficiales está determinada generalmente por el contenido

de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos, ésta se toma como un indicador de dichas especies iónicas.

3) ¿Cuál es el principio de escurrimiento y con que se mide? La porción de la precipitación pluvial que ocurre en una zona o cuenca

hidrológica y que circula sobre o debajo de la superficie terrestre y que llega a una corriente para ser drenada hasta la salida de una

cuenca o bien alimentar un lago, si se trata de cuencas abiertas o cerradas, respectivamente.

4) ¿Qué es la filtración?

Se denomina filtración al proceso de separación de partículas sólidas de un líquido utilizando un material poroso llamado filtro. La

técnica consiste en verter la mezcla sólido-líquido que se quiere tratar sobre un filtro que permita el paso del líquido pero que

retenga las partículas sólidas.

El líquido que atraviesa el filtro se denomina filtrado.

El filtro, en el laboratorio suele ser papel poroso, pero puede ser de otros materiales que permitan el paso de líquidos. En cualquier

caso es necesario seleccionar la porosidad del filtro según el diámetro de las partículas que se quieren separar.

Según la fuerza impulsora que ayuda a que el líquido pase a través del filtro, la filtración puede clasificarse en:

1. Filtración por gravedad

2. Filtración al vacío.

Porosidad: Se define como el volumen de espacios vacíos en el volumen total de la roca, y se estima en %. La porosidad puede ser

primaria (deposicional o predeposicional) o secundaria (diagenética). Para caracterizar petrográficamente la porosidad se emplean

resinas coloreadas por pigmentos, normalmente de azul (azul de metileno), que son introducidas en el sistema poroso de los

componentes, sedimentos o rocas.

Permeabilidad: La permeabilidad es la capacidad que tiene un material de permitirle a un flujo que lo atraviese sin alterar su

estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un

tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable.

5) ¿Qué es reología y tixotropía?

La reología estudia el vínculo existente entre la fuerza que se ejerce sobre un material y la deformación que éste experimenta al

fluir. A través de ecuaciones constitutivas, es posible establecer un modelo acerca de la manera de comportarse de estas sustancias.

La tixotropía es la característica de un fluido, tal como el lodo de perforación, de formar una estructura gelificada con el tiempo

cuando no está sujeto a cizalladura y luego fluidificarse cuando es agitado. La viscosidad del fluido tixotrópico cambia con el tiempo

a una velocidad de corte constante hasta alcanzar el equilibrio. La mayoría de los lodos de perforación presentan tixotropía, que es

necesaria para una perforación rápida y una elevación eficiente de los recortes de perforación y para soportar el material

densificante cuando el flujo del lodo se detiene. La resistencia de gel medida en varios intervalos de tiempo indica la tixotropía

relativa de un lodo. A veces es deseable que la tixotropía proporcione resistencia al flujo, como para evitar o reducir las pérdidas o el

flujo hacia una formación débil.

Diagrama de esfuerzo cortante

PRÁCTICA 1: “ECUACIÓN DE BALANCE DE MATERIA”

Objetivo: Determinar, conocer, analizar la importancia y trascendencia de la ecuación de balance de materia para el diseño y

elaboración de un fluido de perforación.

Material:

Agua

Barita

Bentonita

Frasco cilíndrico (2 litros aproximadamente)

Equipos:

Balanza de lodos

Equipo de agitación o dispersor.

Bascula

PROCEDIMIENTO

1.-Se pesaron las cantidades adecuadas de barita y bentonita en la báscula y se vaciaron en el recipiente con la proporción volumétrica

correcta, tomando especial atención del orden en que debían agregarse.

2.-Posteriormente se integraron los materiales con ayuda del dispositivo dispersor para tener la consistencia requerida.

RESULTADOS

Agua Bentonita Barita Densidad del lodo

(g/cm3)

Equipo % Bentonita Vol.

(ml)

Masa

(g)

Vol.

(ml)

Masa

(g)

Vol. (ml) Masa (g) Teórica Práctica

1 6 2000 2000 54.54 120 123.3 493.5 1.2 1.185

2 7 2000 2000 63.63 140 120.12 480.5 1.2 1.19

3 8 2000 2000 72.72 160 116.88 467.52 1.2 1.192

PRÁCTICA 2: “EMBUDO MARSH”

Objetivo:

Determinar cualitativamente la viscosidad de un fluido mediante el uso del embudo Marsh.

Material:

Lodo de Perforación

Diesel

Agua

Equipo:

Cronometro

Embudo Marsh

Probeta

Equipos de Agitación

PROCEDIMIENTO

1.- Se tomó el embudo Marsh y se bloqueó la parte inferior y después se vació el fluido preparado abteriormente.

2.- Posteriormente se dejó escapar el fluido contenido en el embudo tomando el tiempo inicial de la salida del fluido hasta que se

liberó un litro del mismo.

3.- Se estimó una comparativa de la velocidad con la que el fluido logró vaciarse del embudo con otras sustancias como diésel,

bentonita y bentonita alcalina.

RESULTADOS:

Tiempo Segundos Marsh (s) Lodo Densificado

Equipo Agua (s) Diesel (s) % Bentonita Alcalino (s) S/Alcalino (s)

1 28.22 33.5 6 35.48 34.84

2 27.89 34.80 7 40.27 42

3 ??? ??? 8 37.26 41.49

PRÁCTICA 3: “FILTRACIÓN”

OBJETIVO:

Conocer un medio físico que permita cuantificar la pérdida de líquido en un fluido de perforación.

Material:

Fluido de perforación

Equipo:

Equipo de agitación (Dispersor)

Equipo filtro prensa

Papel filtro

PROCEDIMIENTO

1. Se armó la parte inferior de la celda para la prensa, se colocó una malla metálica y encima se puso el papel filtro, después se

añadió el empaque y finalmente la tapa inferior.

2. Con la celda ya lista, se utilizó el lodo preparado previamente llenando la celda de la prensa para poder medir la filtración

del mismo y se cerró.

3. La celda se colocó en el dispositivo que la sometería a presión por medio de nitrógeno 100 psi durante 7.5 minutos o hasta

que el líquido filtrado sea igual a 50 ml.

4. Se retira la celda después del tiempo cumplido, cuidando una despresurización inesperada del nitrógeno (se bloquean los

escapes y se liberan poco a poco).

5. Posteriormente se retira la tapa inferior y se desprende el papel filtro con la película de enjarre formado.

6. Se repite el procedimiento previo, pero con el lodo alcalinizado.

7. Por último se realiza de nuevo el procedimiento con el lodo alcalinizado, y ahora añadiendo CMC (Carboximetil celulosa)

para aumentar su impermeabilidad y reducir la filtración.

RESULTADOS:

Equipo Densidad del lodo

(g/cm3) Bentonita (g) Barita (g)

Volumen de filtrado

(ml)

1 1.05 120 493.5 23

2 1.2 140 480.5 14

3 1.01 160 467.52 18

PRÁCTICA 6: “REOLOGÍA Y TIXOTROPÍA”

Objetivo:

Observar los parámetros reológicos y tixotrópicos de un lodo de perforación mediante el uso del viscosímetro FANN

Material:

Fluido de perforación

Equipo:

Equipo de agitación (Dispersor)

Cronómetro

Viscosímetro rotacional FANN

Procedimiento:

1. Se coloca el fluido de perforación en el viscosímetro rotacional.

2. Se enciendes para posteriormente cambiar las velocidades.

3. Se ajustan las velocidades requeridas, para registrarlas en la tabla.

RESULTADOS:

Equipo

Densidad

del lodo

(g/cm3)

L600 L300 L200 L100 L6 L3 L3 (5

seg.)

L3 (5

min.) Vp Va Pc

R. de

Gel

1 1.05 20 13 12 10 8 7 8.5 9 7 10 6 0.94

2 1.2 28 24 20 15 10 9 8 9 4 10 20 0.88

3 1.01 20 15 12 9 9 8 9 9 5 10 5 0.88

CONCLUSIONES

HERNÁNDEZ SOTO RAÚL MARTÍN:

El conocimiento y manejo de conceptos involucrados en los procesos de perforación fungen un papel trascendental en la íntegra

formación del ingeniero Geólogo, debido a su importante intervención en el campo de la exploración, máxime cuando involucran

perforaciones. Es relevante que el Ingeniero geólogo contemple los mecanismos óptimos de todas las herramientas implementadas y

que no son ajenas en ningún sentido a la geología aplicada al servicio de la ingeniería. Los lodos de perforación y su elaboración son

el ejemplo de las diversas participaciones de distintos campos de la ingeniería, pues dichos lodos o fluidos de perforación deben ser

evaluados en su comportamiento para que tengan el comportamiento esperado durante la perforación, y la multi-perspectiva logra

un desarrollo más eficiente, pues de esta manera se contemplan más situaciones a las problemáticas que un solo Ingeniero podría

estar limitado por no tener conocimiento de otras áreas, en este caso, la geología.

RODRIGUEZ DÁVILA GERARDO:

La importancia de conocer las propiedades termodinámicas del lodo de perforación y sus constituyentes químicos, nos proporciona

información valiosa que es directamente aplicable al campo de la perforación, es decir, no son conocimientos aislados.

Se requiere tener una viscosidad especifica que es medida a presiones altas para verificar el correcto flujo del líquido, que no debe

superar tampoco una determinada medida, es menester de igual manera, el medir el pH, alcalinizar el fluido, entre otras tareas que

deben conocerse para tener un correcto funcionamiento y un óptimo estado mecánico de pozo.

Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Bentonita

http://es.thefreedictionary.com/gelatinoso

http://es.slideshare.net/Juanchoperezr/lodos-deperforacion

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm

https://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&sqi=2&ved=0CBwQFjAA&url=http

%3A%2F%2Fwww.lenntech.es%2Fparticulas-

coloidales.htm&ei=76YPVeWhCKvfsATriYCYCA&usg=AFQjCNGH9Ph9HuGmW1UpA1aCvCUyQDD9Gg&bvm=bv.88528373,d.cWc