Contenido de arenaaa

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE ARENA
TOLA MAYTA LIMBERG PÁGINA 1
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TOLA MAYTA LIMBERG
UMSA
DETERMINACIÓN
DEL CONTENIDO DE
ARENA
Facultad De Ingeniería
Ingeniería Petrolera
Sem1/2013
Laboratorio de
fluidos de perforación
DETERMINACIÓN
DEL CONTENIDO DE
ARENA
NOMBRE DEL
ESTUDIANTE:
Tola Mayta
Limberg

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO
DE ARENA
1. OBJETIVOS:
 OBJETIVO GENERAL
Tener un conocimiento del uso de la prueba del contenido de arena en los base agua
 OBJETIVO ESPECIFICO
Determinar el porcentaje de arena en el fluido para hacer los correctivos del caso y evitar
problemas operacionales.
2. JUSTIFICACION:
El adecuado contenido de sólidos (incluyendo sólidos aportados por la formación
atravesada así como los sólidos propios del lodo) en el fluido de perforación es un aspecto clave
para el desarrollo normal de las operaciones de perforación. Pues un contenido excesivo de estos
sólidos causaría problemas en el control de las propiedades del lodo como en su rendimiento.
3. FUNDAMENTO TEORICO:
Debido al sistema cerrado continuo que efectúa el fluido de perforación se van incorporando a
él sales, sólidos, etc. de las formaciones atravesadas, modificando las propiedades iníciales que
éste tenía y por consiguiente acarreando problemas como por ejemplo una excesiva abrasión en
las camisas de las bombas y en las boquillas del trépano, por lo que se tiene la necesidad de
instalar equipos para el control de sólidos con el objetivo principal de eliminar la mayor cantidad de
sólidos que se le hubieran incorporado durante la perforación.
El control de sólidos es el proceso de controlar la acumulación de sólidos indeseables en el
fluido de perforación y constituye una parte importante del circuito de flujo del lodo, la cual consiste
en una serie de equipos y aparatos (zaranda, desandar, desilter, centrifugas, etc.) que operan
como una planta de procesamiento y que son denominados en conjunto como el sistema de
separación de sólidos.
3.A.PLANTA DE PROCESAMIENTO
Corresponde a una serie de unidades que serán instaladas en el sitio de perforación, dentro de
las cuales se considera una bomba centrífuga para la recirculación de fluidos, bomba de inyección

de productos para el tratamiento de las aguas y estanques de almacenamiento.
Estas tienen como función tratar el agua del proceso de perforación, deshidratar y coagular el
lodo de perforación para que al momento de depositarlo en la fosa presente una baja
concentración de agua y de esta manera acelerar su decantación, contando de este modo con un
producto separado por fases (lodo/agua), para su posterior manejo. En la Figura se presenta de
modo esquemático la ubicación de la planta en el área de trabajo.
La acumulación de sólidos tiene efectos negativos sobre el rendimiento del lodo y en
consecuencia en el desarrollo de la perforación, ya que las propiedades reológicas y de filtración
pueden hacerse difíciles de controlar, así como los índices de penetración y la vida útil del trépano
decrecen cuando la concentración de sólidos de perforación es alta.
El control de la eficiencia del sistema de separación de sólidos se puede evaluar mediante la
toma de muestras de lodo a la salida de cada uno de los equipos de separación para realizar con
cada una de ellas una prueba estándar. En una situación ideal todos los sólidos deberían ser
removidos pero bajo condiciones típicas de operación los sólidos de bajo peso específico deben
ser mantenidos por debajo del seis por ciento en volumen.
3.B.PROCEDENCIA Y TAMAÑO DE LOS SÓLIDOS
Las dos fuentes principales de sólidos (partículas) son los aditivos químicos y los recortes de las
formaciones atravesadas. Los recortes de la formación son contaminantes que degradan el
rendimiento del fluido de perforación y que si no se remueven, serán molidos y reducidos a
partículas más y más pequeñas que se harán más difíciles de remover del fluido de perforación, ya
que se irán asentando en las paredes del pozo y alrededor de la herramienta generando diversos
problemas.
La mayor parte de los sólidos de la formación pueden ser removidos por medios mecánicos en
la superficie. Las partículas pequeñas son más difíciles de remover y tienen un efecto mayor sobre
las propiedades del fluido de perforación que las partículas más grandes. El tamaño de partículas
de sólidos de perforación incorporadas en el fluido de perforación puede variar entre 1 y 250
micrones (1 micrón es igual a 1/25400 de pulgada ó la milésima parte de un milímetro).

3.C.CIRCUITO DE FLUJO DEL FLUIDO DE PERFORACIÓN
El circuito de flujo del lodo parte del cajón chupador y de ahí se dirige la bomba de lodo
mediante una línea de succión, pasando por el manifold. De la bomba, el lodo es dirigido hacia el
pozo a través del stand pipe, la manguera flexible, la unión giratoria, el vástago y toda la tubería
que se encuentre dentro del pozo; después el lodo sale por los chiflones del trépano y se encamina
de nuevo a superficie a través del entre la columna o espacio anular. Una vez en superficie el lodo
pasa a través de un desgasificador o una trampa de gas y los dispositivos de remoción de sólidos
que sean necesarios, entre los cuales pueden estar: la zaranda, el desarenador, el desarcillador, el

limpiador de lodo y la centrífuga. Una vez que recorre ese tramo el lodo completa su ciclo en el
lugar de partida, el cajón chupador. El circuito del lodo además cuenta con dos cajones más: el
cajon preparador o pildorero que es donde se prepara el lodo y el cajón de reserva que es donde
se mantienen volúmenes adicionales de lodo en caso de existir problemas como pérdidas de
circulación.
3.D.MÉTODOS DE CONTROL DE SÓLIDOS
3.D.1. DILUCIÓN O DESPLAZAMIENTO
 Única manera a sacar todos los contaminantes (sin adición de químicos). Normalmente la
manera de control de sólidos mas costoso.
 Método común para controlar el contenido de sólidos. La dilución no reduce el contenido de
sólidos, este reduce su concentración.
 Dilución es costosa. Cada barril de dilución, requiere de aditivos químicos para mantener
las propiedades del lodo.
3.D.2. SEDIMENTACION
Efectivo para sólidos grandes > Requiere espacios grandes.
3.D.3. MEDIOS MECÁNICOS (EQUIPO DE CONTROL DE SÓLIDOS)
Económico Efectivo si la instalación es adecuada
3.D.4. MEDIOS MECÁNICO-QUÍMICO
3.1. MEDIOS MECÁNICOS (EQUIPO DE CONTROL DE SÓLIDOS)
El control de sólidos es vital para mantener una operación eficiente de perforación. Altos
valores de sólidos incrementarán la densidad y la viscosidad, lo cual llevará a mayores costos de
tratamiento químico, mala hidráulica, y altas presiones de bombeo. Con los sólidos altos, el lodo se
torna muy abrasivo e incrementa el desgaste en la sarta de bombeo, en el pozo y en el equipo de
superficie. Se irá haciendo más difícil remover los sólidos de un lodo a medida que aumente su
contenido de sólidos.

El lodo que va llegando a superficie al salir del pozo contiene cortes de perforación, arena y
otros sólidos, y probablemente gas, todos los cuales deben ser removidos para que el lodo pueda
ser inyectado de nuevo dentro del pozo. Continuamente deben agregarse arcillas para el
tratamiento del lodo además de productos químicos para mantener las propiedades físicas y
químicas que se requieren. Para todas estas tareas se requiere equipo especializado.
Cuando sale del pozo, el lodo es retirado en la „campana‟ que está sobre las BOP al seguir
su camino por el flow line al depósito de la zaranda.
3.1.1. ZARANDAS (PRIMERA LÍNEA DE DEFENSA) (Shale Shaker) “ >65 µ ”
El dispositivo separador más común es una zaranda, que contiene uno o más tamices
vibratorios que el lodo atraviesa a medida que circula fuera del pozo. Las zarandas se clasifican en
zarandas de movimiento circular/elíptico o lineal.
Actualmente se usan tres tipos básicos de zarandas. Éstos son:
 La zaranda de movimiento circular, la cual es un tipo de zaranda más antigua en el

mercado y produce generalmente la fuerza centrífuga, o fuerza G, más baja.
 La zaranda de movimiento elíptico, la cual es una versión modificada de la zaranda
de movimiento circular, en la cual se levanta el centro de gravedad por encima de la cubierta y se
usan contrapesos para producir un movimiento “oviforme” cuya intensidad y desplazamiento
vertical varían a medida que los sólidos bajan por la cubierta.
 La zaranda de movimiento lineal, la cual utiliza dos motores de movimiento circular
montados en la misma cubierta. Los motores están configurados para rotaciones contrarias para
producir una fuerza G descendente y una fuerza G ascendente cuando las rotaciones son
complementarias, pero ninguna fuerza G cuando las rotaciones son contrarias. La fuerza G de la
mayoría de las zarandas de movimiento lineal varía aproximadamente de 3 a 6.
Malla: esta se refiere al número de aberturas por pulgada lineal
Malla de tres capas y dos Capas
3.1.2. DESGASIFICADOR
Los fluidos que se utilizan en la perforación entran en contacto con suma frecuencia con
gas de formación que se disuelve en ellos. Una vez incorporado al lodo el gas asciende por el
espacio anular y al aumentar su volumen contribuye a disminuir el peso específico del lodo, con los
riesgos de descontrol consecuentes. Además el gas debe ser eliminado porque de no serlo, al
llegar a las bombas reducirá su eficiencia.

Los Desgasificadores, consisten en un recipiente donde entra el lodo gasificado,
provocándose su impacto sobre chapas metálicas y/o en cascada, de modo de dispersar el fluido
en gotas lo más pequeñas posible, lo que hace que las burbujas de gas vean acortado su camino
para escapar del liquido. Al mismo tiempo se produce una depresión o vacío en el recipiente que
facilita la expansión del gas y acelera su separación. El gas así separado es conducido por una
tubería a un punto alejado del equipo y quemado.
Los Desgasificadores se instalan de forma de recibir el flujo de lodo inmediatamente
después de la zaranda, de manera que el lodo llegue a los separadores de sólidos sin gas, ya que
de contenerlo se vería reducido el rendimiento de estos equipos.
El gas entrampado podría no ser eliminado del todo luego que el lodo ha pasado la zaranda
y los Hidrociclones. En este caso se tendría la necesidad de pasar el lodo a través de un
desgasificador. Dos Desgasificadores son generalmente empleados:
Separadores Gas-Lodo
Desgasificadores al vacío
Un separador Gas-Lodo es preferible para un manejo seguro de altas presiones de gas y
flujos de lodo cuando se tiene una surgencia. Los desgasificadores al vacío son más apropiados
para la separación de gas entrampado, el cual aparece como espuma en la superficie del lodo

HIDROCICLONES
Los hidrociclones se utilizan para separar los sólidos más pequeños que los retenidos por la
zaranda vibratoria y utilizan la acción de la fuerza centrifuga. El lodo es introducido a presión y
tangencialmente en un cono, de tal forma de crear un movimiento rotacional; esto permite que las
partículas sólidas sean desplazadas hacia la pared interior del cono, donde se irán moviendo hacia
su parte inferior para finalmente ser expulsadas al exterior. El líquido mientras tanto es impulsado
hacia arriba por donde descarga. Una pequeña parte de liquido siempre abandona el cono por la
parte inferior junto con los sólidos, pero debe tratarse que sea la menor cantidad posible.
Los conos de mayor diámetro tienen capacidad para tratar mayores caudales, pero
puesto que la velocidad rotacional alcanzada es moderada, se separan solo las partículas de
mayor tamaño. A medida que disminuye el diámetro, se gana en velocidad y por lo tanto en el
menor tamaño de sólidos que es posible eliminar, pero se pierde caudal de tratamiento por cono.
En la práctica los hidrociclones con diámetros de conos entre 6 y 12 pulgadas se utilizan
para eliminar arenas y por esta razón se denominan DESARENADORES, en tanto que los de
diámetros entre 4 y 5 pulg. que separan sólidos menores se denominan DESILTERS (o
desarcilladores).
3.1.3. DESARENADORES (DESANDER). “>40 µ”
Los desarenadores se
componen de una batería de conos
de 6 ó más pulgadas. Aunque los
desarenadores pueden procesar
grandes volúmenes de lodo por un
cono único, el tamaño mínimo de
partículas que se puede remover está
en la gama de los 40 micrones (con
conos de 6 pulgadas).
+ Diámetro cono 12”
+ Remueven sólidos entre
74 y 40 µ
+ Procesan entre 500 y 1500 gal/min,

soportan una presion de 25 a 35 psi y un peso del lodo de 9.0 lb/gal
+ Configuración Vertical o Inclinada
DESANDER
3.1.4. DESARCILLADORES (DESILTER). “>20 µ”
Los desarcilladores se componen de una batería de conos de 4 pulgadas o menos.
Dependiendo del tamaño del cono se puede obtener un corte de tamaño de partículas de entre 6 y
40 micrones.
+ Diámetro cono 4”
+ Remueven sólidos entre 40 y 25 micrones
+ Procesan entre 600 y 1500 gal/min, 45 psi y lodo de 9.0 lb/gal
+ Configuración Vertical
+ Aplicables en lodos pesados y Livianos

DESILTER
3.1.5. CENTRÍFUGA (Centrifuge) “ >2 µ”
La centrífuga decantadora se compone de un tazón cónico de acero horizontal que gira a
una gran velocidad, con un tornillo transportador helicoidal en su interior. Este tornillo transportador
gira en la misma dirección que el tazón exterior, pero a una velocidad ligeramente más lenta. La
alta velocidad rotacional fuerza los sólidos contra la pared interior del tazón y el tornillo
transportador los empuja hacia el extremo, donde son descargados
CENTRIFUGE

3.1.6. LIMPIADOR DE LODO. (mud cleaner) “>65 µ”
El limpiador de lodo es un dispositivo de separación de sólidos que reúne un desarcillador y
un dispositivo cribador. El limpiador de lodo remueve los sólidos por medio de un proceso de dos
etapas. Primero, el fluido de perforación es procesado por el desarcillador. Segundo, la descarga
del desarcillador es procesada por una zaranda de alta energía y de malla fina. Este método de
remoción de sólidos es recomendado para lodos que contengan considerables cantidades de
materiales densificantes (barita) o que tengan costosas fases de fluidos.
MUD CLEANER
El lodo y los sólidos que pasan a través de la malla (tamaño de corte variable según el
entramado de la malla) son guardados y los sólidos más grandes retenidos por la malla son
desechados.
3.1.7. EMBUDO DE AGREGADOS (JET HOPPER)
El embudo de agregados sirve, como su nombre lo indica, para agregar los productos
químicos necesarios para mantener o variar las características del lodo. Consiste en un embudo
donde se vierten los químicos, que son conducidos a un sistema de venturi que ayuda a su
mezclado y rápida incorporación al sistema.
El mezclador de mayor uso común es el “jet hopper” . Originalmente este fue desarrollado

para el mezclado de cemento y agua para la cementación de pozos. Ahora este es usado para la
adición de material al lodo de perforación y así lograr las propiedades físicas y químicas deseadas
para el lodo.
Cabe señalar que la tolva no es usada para la mezcla de ciertos químicos (por la
peligrosidad de su manipuleo), como por ejemplo soda cáustica (hidróxido que será preparado en
el tanque químico)
HOPPER
3.2. BOMBAS
La función de las bombas de lodo es circular los lodos de perforación o fluidos usados en la
perforación a una presión y volumen previamente de terminado por las necesidades básicas de la
operación de perforación el lodo es un medio de transporte de energía. La bomba succiona el lodo
y hace que circule el fluido de perforación entre el fondo del pozo y hace que llegue otra vez a la
superficie.

Las bombas de perforación pueden ser de dos tipos:
3.2.1. BOMBAS DÚPLEX
Estas tienen dos cilindros o cámaras, cada una de las cuales descarga lodo a presión
alternativamente por ambos lados del movimiento del pistón. Cuando se descarga en un sentido se
llena de lodo la cámara vacía al otro lado del pistón. Cuando el pistón regresa, descarga de este
lado recién llenado mientras va llenando el otro.
3.2.2. BOMBAS TRIPLEX
Tienen tres cilindros, pero a diferencia de las bombas dúplex, el lodo se descarga sólo por
un lado en la carrera hacia delante. En cada cilindro el lodo se descarga por el movimiento de
empuje del pistón dejando el espacio tras el pistón vacío. Cuando el pistón va regresando se
vuelve a llenar de lodo la única cámara que será vaciada al moverse el pistón nuevamente hacia
delante.
3.3. TANQUES DE LODO
Fosas de lodo, Piletas de lodo, Cajones de lodo. Son dispositivos de forma rectangular de
forma cuadrada o también de forma cilíndrica, puede almacenar el fluido de perforación en un
volumen variable que puede variar de 100 Bbl, 800 Bbl, 1000 Bbl o más.
Están constituidas de planchas gruesas de acero, protegidos adecuadamente contra la
corrosión debido a que el lodo tiene agua, sales, ácidos, etc. Actualmente existen pinturas

anticorrosivas antes se daba 2 manos de alquitrán, (la protección es interna y externamente).
Los tanques de reserva son metálicos y tienen tapa, además estos son cilíndricos, estos
tanques también sirven para almacenar gasolina, ácidos, hidrocarburos, etc., pero principalmente
se almacena hidrocarburos.
Los tanques de preparación, hay tanques de sedimentación, tanques de succión de trabajo
o chupadores.
3.4. DETERMINACION DEL CONTENIDO DE ARENA
Es deseable conocer el contenido de arena de los lodos de perforación, debido que un
contenido excesivo de arena puede resultar en la deposición de un revoque de filtrado grueso
sobre las paredes del hueco, o podría sedimentarse en el hueco alrededor de las herramientas,
cuando se interrumpe la circulación, interfiriendo con el éxito de la operación de las herramientas
de perforación o el posicionamiento del revestimiento o casing. Un alto contenido de arena,
también puede causar una excesiva abrasión de las partes de la bomba de circulación y de las
conexiones de la tubería. Se define como tamaño de partículas de arena a cualquier partícula
mayor a 74 micrones. Este ensayo puede realizarse en lodos de bajos sólidos, como así también
en lodos densificados.

EQUIPO DETERMINACION DEL CONTENIDO DE ARENA
La arena es un sólido completamente abrasivo que daña bombas, mangueras, válvulas,
etc. y aumenta innecesariamente la densidad del fluido. Puede sedimentarse en el fondo del hoyo,
causando problemas de aprisionamiento de tuberías al parar las bombas, razón por la cual debe
ser removida del sistema lo antes posible y en forma eficiente.
CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO, CONTENIDO DE ARENA

3.4.1. PROCEDIMIENTO
3.4.1.1. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Ya que en el laboratorio se tiene un lodo que no ha sido usado en un proceso de perforación,
tendremos que simular una muestra posible de campo para determinar el contenido de arena, para
lo cual agregaremos arena de la siguiente forma:
 En un vaso de precipitado coloque 150 [ml] de una muestra de lodo recientemente
agitado.
 Agregue 2 gramos de arena fina.
 Remueva suavemente hasta que a mezcla esté homogénea.
3.4.1.2. PRUEBA DEL CONTENIDO DE ARENA
1. Llene el contenido del tubo para determinación de arena con lodo, hasta la marca indicada.
2. Agregue agua hasta la próxima marca. Tape la boca del tubo con su pulgar y agite
vigorosamente.
3. Vuelque la mezcla sobre la malla limpia y seca. Deseche el líquido que pasa a través de la
malla. Agregue más agua al tubo, agítelo y nuevamente vuélquelo sobre la malla. Repita hasta que
el agua que pase por la malla aparezca limpia. Lave la arena retenida sobre la malla, para liberarla
de cualquier lodo remanente.
4. Coloque el embudo con la parte de abajo hacia arriba, sobre la parte superior del receptáculo de
la malla. Lentamente, invierta la posición de este ensamble e inserte la punta del embudo dentro
de la boca del tubo de vidrio graduado. Lave la arena que se encuentra sobre la malla, la cual hará
que la misma penetre dentro del tubo, usando corriente suave de agua a través del lado posterior
de la malla. Permita que sedimente la arena, y de las graduaciones que tiene el tubo lea el
porcentaje volumétrico de la arena.
5. Reporte el contenido de arena del fluido de perforación en porcentaje volumétrico (%).

4. CALCULOS
1.Reporte el contenido de arena en porcentaje en volumen.
De la ecuación de contenido de sólidos:
Investigando la densidad de la arena la que es :
 Cuarzo=2.654 (g/cc)
Convirtiendo al lpg da: 22.116(lpg)
Calculando mediante la ecuación:
%𝐕 = 𝟏𝟎𝟎% ∗
(𝟗. 𝟏 − 𝟖. 𝟑𝟑𝟑)
(𝟐𝟐. 𝟏𝟏𝟔 − 𝟖. 𝟑𝟑𝟑)
%𝐕 = 𝟓. 𝟓𝟖𝟔%
2.Realice una comparación entre el porcentaje en volumen hallado con el Arenómetro y el calculado
mediante un balance de materia.
De los datos obtenidos en el laboratorio se tiene lo siguiente:
LODO DENSIDAD(LPG) %Volumen
1 9,1 2
2 9,1 1,8
3 9,1 2,1
total 5,9

De donde se pide observar la diferencia de porcentajes la cual es:
Porcentaje obtenido en laboratorio: 5.9%
Porcentaje obtenido por balance: de materia:5.586%
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
 La remoción de sólidos es uno de los más importantes aspectos del control del sistema de
lodo, ya que tiene un impacto directo sobre la eficacia de la perforación.
 El dinero invertido en el control de sólidos y la solución de problemas relacionados con los
sólidos perforados representa una porción importante de los costos globales de perforación.
 El control de sólidos es un problema constante cada día, en cada pozo.
 Se debe de tener cuidado en la medición del porcentaje del tubo de vidrio ya
que puede existir errores de paralelaje.
6. CUESTIONARIO
1. Qué porcentaje de arena se considera aceptable u optimo?
El porcentaje óptimo del contenido de arena debe ser debajo del 6%.
2. ¿Qué dimensiones de sólidos puede separar: La zaranda, desarenador, desarcillador
Las dimensiones en que varia la separación de sólidos son de la siguiente manera:

Zaranda: 74µ-64µ
Desarenador: 65µ-40µ
Desilter: 40µ-20µ
3. Dibuje y describa el circuito de flujo del lodo.
El circuito de lodos comienza por la zaranda la cual es la primera en recibir al lodo , de ahí el lodo
circula al desander y desilter en donde con ayuda de los hidrociclones separa los sólidos por
movimiento centrifugo , después el lodo se dirige ala centrifuga en donde se separa partículas ya
más finas de sólidos ,ya limpio el lodo de sólidos (reducido su contenido ) se dirige a los tanques de
pildorero para que luego circule a las bombas para ser introducido de nuevo al pozo , también en
este sistema se utiliza Desgasificadores (esto cuando el lodo presenta gas o espuma).
4. ¿Qué efectos negativos en las propiedades del lodo ocasiona un contenido de arena alto?
El contenido de arena en el lodo puede ocasionar una elevación de la viscosidad así como la
densidad del lodo , lo que ocasionaría graves problemas ya sea debido a l incremento de la
presión hidrostática ,así como la producción de abrasión en los equipos.
5. ¿De qué otra forma se puede controlar la acumulación de sólidos indeseables en el sistema
del lodo?

Se lo puede controlar mediante pruebas tales como:
Determinación del contenido de arena: el contenido de sólidos es determinado
mediante:
 lavado por decantación,
 sedimentación
 análisis por tamizado.
De los tres métodos el análisis por tamizado es el preferido debido a su confiabilidad y
simplicidad del equipo. el volumen de arena incluyendo el espacio entre los granos se
mide y expresa en porcentaje en volumen del lodo.
7. BIBLIOGRAFIA
 Guia De Fluidos De Perforacion Y Laboratorio
 Guia De Laboratorio
Fredy Guarachi Laura
 MANUAL DE FLUIDOS DE PERFORACION
Instituto Americano Del Petróleo,Dallas,Texas.

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