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• Kellys Paola Lanza Gil

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Senda XXI, S.A.

Control y Manejo de Sólidos y Fluidos de Perforación

El Tigre, 2011

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Tabla de Contenido. INTRODUCCIÓN. 1. CONTROL DE SOLIDOS. 1.1.Justificación. 1.1.1. Aspecto Económico. 1.1.2. Aspecto Ambiental. 1.2. El Lodo Como Medio de Transporte de Sólidos. 1.2.1. Tipos de Lodos. 1.2.2. Efecto de los Sólidos en las Propiedades del Lodo. 1.2.3. Pruebas de Laboratorio 1.3. Clasificación de los Sólidos. 1.3.1. Gravedad Específica. 1.3.2. Tamaño de Partículas. 1.4. Métodos Preventivos para el Control de Sólidos. 1.5. Control Mecánico de Sólidos. 1.5.1. Tanques de Asentamiento. 1.5.2. Zarandas. 1.5.3. Clasificadores Húmedos. 1.5.3.1. Hidrociclones. 1.5.3.2. Centrífugas. 1.5.4. Desgasificador. 1.6. Nuevas Tecnologías. 1.6.1. Zaranda de movimiento elíptico balanceado. 1.6.2. Centrífuga vertical. 1.6.3. Tanques cilíndricos. 2. DISEÑO Y OPERACION DE LOS EQUIPOS DE CONTROL DE SOLIDOS EN TALADROS. EJEMPLOS. 2.1. Instalación Típica del Sistema de Control de Sólidos. 2.1.1. Instalación de Equipos en el Taladro SENDA 1. 2.1.2. Instalación de Equipos en el Taladro SENDA 2. 2.1.3. Instalación de Equipos en el Taladro SENDA 3. 2.1.4. Instalación de Equipos en el Taladro SENDA 4. 2.2. Operación del Sistema de Control de Sólidos Durante la Perforación de Pozos. 2.3. Rendimiento de los Sistemas de Control de Sólidos. 2.3.1. Comparación de la Eficiencia del Sistema de Control de Sólidos de los Taladros Visitados. 3. MANEJO DE SÓLIDOS. 3.1. Consideraciones Ambientales. 3.2. Transporte. 3.3. Tratamiento. 3.3.1. Esparcimiento (Lanspread). 3.3.2. Tratamientos Bioquímicos (ABA). 3.3.3. Biotratamiento (LFA). 3.3.4. Parámetros para la disposición de sólidos. 3.4. Nuevas tecnologías. 3.4.1. Tecnología de encapsulación. 3.4.2. Tecnología de cortes de perforación por lechada. 3.4.3. Tecnología de cortes de perforación en arcillas someras y

1 2 2 3 4 4 4 6 7 8 8 9 10 10 11 12 20 20 23 26 26 26 28 31 32 32 33 33 34 36 36 37 39 43 43 43 44 45 46 46 47 47 47 48

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blandas. 3.4.4. Tratamiento de ripios base aceite con PECS. 3.4.5. Desorción Térmica. 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 5. Bibliografía. 6. Anexos.

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I.

INTRODUCCIÓN.

El control de sólidos es parte fundamental del equipo de perforación, el lodo como medio de transporte de los ripios a la superficie debe ser sometido a procesos mecánicos de separación para la recuperación de sus propiedades. De esta separación se producen ripios contaminados los cuales deben ser tratados y dispuestos adecuadamente cumpliendo las normas ambientales. El objetivo de este manual es describir los equipos de control de sólidos, su disposición e importancia dentro del proceso de perforación así como también de los procesos más usados y nuevas tecnologías del manejo de ripios. Por otra parte se incluyen aspectos técnicos del control de sólidos en taladros ejemplos: SENDA 1, SENDA 2, SENDA 3 y SENDA 4, comparación de sus eficiencias y aspectos de operación de cada uno de ellos. Así como también el uso de nuevas tecnologías y mejoras aplicadas La metodología de trabajo consiste en la recolección de información de cada uno de los equipos utilizados en la actualidad, más específicamente en cada uno de los taladros. Luego de la recolección se procede a la organización, análisis y comparación de los mismos. Para determinar si los sistemas de control de sólidos pueden ser sometidos a mejoras y lograr una mayor recuperación de sólidos a menores costos. La importancia de este manual es el contenido de detalles de las operaciones de control de sólidos en los taladros, lo cual permite llevar control de los mismos más fácilmente. Además sirve de base para posteriores trabajos más específicos que conlleven a resultados concretos sobre posibles mejoras. Con respecto al manejo de sólidos se presentan las técnicas utilizadas actualmente y algunas de las nuevas tecnologías que se están desarrollando en Venezuela y Latinoamérica.

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1. CONTROL DE SÓLIDOS. En el proceso de perforación los sólidos recortados por la mecha son transportados a la superficie por medio del lodo. Estos sólidos son contaminantes y, si no son removidos del sistema pueden conllevar a numerosos problemas operacionales, como por ejemplo: limpieza inadecuada del hoyo, reducción en los avances de perforación y disminución de las propiedades reológicas del fluido. Las alternativas para el control de sólidos son:   

Dejar que se acumulen los sólidos en el lodo hasta que sea necesario reemplazarlo por lodo nuevo. Diluir los sólidos y reacondicionar el lodo hasta obtener el rango de propiedades adecuado. Remover los sólidos perforados para reducir la cantidad de diluente necesario para restaurar las propiedades del fluido.

De estas tres alternativas, la tercera es la más razonable y utilizada desde el punto de vista económico y ambiental. Esto debido a que dicha alternativa requiere menor volumen de lodo nuevo y genera menor cantidad de desechos. Por esta razón el estudio esta enfocado al control mecánico de sólidos. 1.1.

JUSTIFICACIÓN.

El porcentaje que los sistemas de control sólidos representan en el costo total del taladro se encuentra entre el 8 y el 10%, lo que resulta bajo con respecto a las ventajas que esto proporciona en la operación de perforación en general. Las ventajas más importantes son las siguientes:          

Reducción en los costos de tratamiento del fluido de perforación. Disminución del torque y arrastre de la sarta. Incremento de la tasa de perforación. Reducción de las pérdidas de presión en el sistema, lo cual resulta en la disminución de la densidad equivalente de circulación y menores probabilidades de pérdida de circulación. Menores requerimientos de agua. Mejores trabajos de cementación. Disminución de pegas de tubería por presión diferencial. Disminución de desperdicios, reduciendo el impacto ambiental y minimizando los costos de disposición. Reducción de los daños a la formación. Mayor eficiencia de bombeo.

Aunque los beneficios de un buen control de sólidos son numerosos, los ahorros que estos implican son difícilmente cuantificables y no se reflejan en la contabilidad del taladro. Por ejemplo los ahorros producto de la reducción de problemas operacionales y el mejoramiento de la tasa de penetración son beneficios importantes pero no pueden ser calculados con exactitud.

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1.1.1. Aspecto Económico. Los factores más importantes que influyen en el aspecto económico del control de sólidos son: Tasa de penetración: Un ejemplo típico de la relación entre el contenido de sólidos y la tasa de penetración se muestra en la Fig. 1. Se observa que incrementos en el porcentaje de sólidos implican una disminución, con tendencia logarítmica, en la tasa de penetración. Como consecuencia de esto los días para perforar una determinada profundidad aumentan y así el numero de mechas requeridas. Es importante resaltar que los beneficios del bajo contenido de sólidos en el lodo se hacen más notables a porcentajes menores a 5%. Por ejemplo una reducción en el contenido promedio de sólidos desde 4,8% (9,0 lpg) hasta 2,6% (8,7 lpg), resulta en una reducción del 15% en los días del taladro. Si un pozo de 10.000 pies tiene un costo total de $700.000 excluyendo el costo del lodo, se pueden obtener ahorros de hasta $100.000.

Días de Taladro, Mechas, Pies/Día



% Volumen de Sólidos No Mechas

Días de Taladro

Pies/Día

Figura No 1. Efecto del contenido de sólidos en el desempeño de la perforación. 

Volumen de dilución: La eficiencia en la remoción de sólidos afecta directamente el volumen de dilución necesario para mantener las propiedades del lodo. Mientras menor sea el contenido de sólidos en el lodo será menor la cantidad de diluente necesario. Los costos asociados a la dilución de sólidos en el lodo son: costo de diluente, costo de aditivos para mantener las propiedades del lodo y costo de disposición del diluente. Los beneficios económicos producto de la disminución de diluente y disposición son mas que suficientes para justificar una inversión en equipos mecánicos de control de sólidos. Estos beneficios pueden ser determinados empleando un balance de masa: un porcentaje dado de

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sólidos removidos resultara en un volumen de diluente necesario para mantener la concentración máxima de sólidos deseada en el lodo. 1.1.2. Aspecto Ambiental. Existen dos factores fundamentales que justifican una inversión en un buen sistema de control de sólidos desde el punto de vista ambiental: 1. El primer factor corresponde al volumen de desechos arrojados al ambiente durante la perforación. Si los sólidos no son removidos del sistema de lodos, se hace necesario reemplazarlo cuando sus propiedades no puedan ser ajustadas a las necesidades del pozo. De esta forma, los desechos estarían formados por los sólidos recortados, los sólidos del lodo (compuestos químicos) y la fase continua o liquida del mismo. 2. El segundo factor implica el porcentaje de humedad con que son descartados los sólidos, factor que depende de la eficiencia de los equipos que estén encargados de la separación. En este caso el impacto ambiental es mayor si los recortes no son descartados lo suficientemente secos. Hasta hace pocos años, los ripios de perforación representaban una grave amenaza al ambiente, ya que no existía el manejo y tratamiento adecuado de los mismos. 1.2.

EL LODO COMO MEDIO DE TRANSPORTE DE SÓLIDOS.

El proceso de control de sólidos comienza una vez que los recortes llegan a superficie, mediante el fluido de perforación. Esto se logra por la capacidad de acarreo del lodo. Es importante conocer los factores que afectan la capacidad de un lodo en el acarreo de recortes a la superficie, así como la aplicación de un tipo de lodo determinado. De acuerdo con la hidráulica, entre otros factores, la densidad, la viscosidad plástica y el punto cedente, tienen una influencia determinada en el acarreo de un recorte a la superficie.

1.2.1. Tipos de Lodos. El tipo de fluido de perforación influye notablemente sobre la efectividad del acarreo de sólidos y su separación del líquido en superficie. Existen tres tipos de lodos, los cuales definiremos a continuación: 

Lodos Base Agua. Son aquellos que contienen agua relativamente fresca y una arcilla en concentración variable. Pueden clasificarse en:  No inhibidos: cuando su composición no restringe el hinchamiento de las lutitas con el agua. Generalmente se preparan con bentonita comercial y agua, con algo de soda cáustica y cal. Además, pueden contener

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defloculantes y/o dispersantes tales como lignitos, lignosulfonatos o fosfatos. El uso de este tipo de lodos es general y muy económico, ya que con un buen control de sólidos, la concentración de dispersante requerida es mínima.  Inhibidos: son aquellos que impiden o retardan el hinchamiento de lutitas hidratables a través de la presencia de cationes, tales como sodio, calcio y potasio. Generalmente, el calcio, el potasio o una combinación de ambos logran la mayor inhibición al hinchamiento de las lutitas. Este hecho constituye una gran ventaja, ya que el efecto de los sólidos sobre el lodo es mínimo.  Polímeros: son lodos con bajo contenido de sólidos, que pueden ser inhibidos o no. El avance de la penetración en una perforación, se define principalmente en función del contenido de sólidos en el lodo, por lo tanto el uso de este tipo de fluidos ha sido extendido en los últimos años. Además, los lodos poliméricos contribuyen al encapsulamiento de los recortes de la perforación, retardando la hidratación y subsecuente dispersión del ripio.  Emulsionados: se forman cuando el aceite (fase discontinua o interna) es dispersado en pequeñas gotas en el agua (fase continua o externa). Este tipo de lodos se emplea para obtener ciertas ventajas operacionales durante la perforación, tales como reducción de la torsión de la tubería, aumento de la tasa de penetración, prevención de pegas diferenciales, entre otras. 

Lodos Base Aceite. Son aquellos conocidos también como emulsiones inversas, debido a que contienen un bajo porcentaje de agua dispersa en aceite, el cual es la fase continua. Esta relación aceite/agua se diseña para dar al fluido el mejor balance entre viscosidad, filtrado y estabilidad de la emulsión. El uso primario de este tipo de fluidos es la perforación de zonas con lutitas hidratables y para mejorar la estabilidad del hoyo. También se emplean en la perforación de pozos profundos y altamente desviados por su alto grado de lubricidad, resistencia a altas temperaturas y a la contaminación con agentes como dióxido de carbono, sulfuro de hidrogeno y sales.



Lodos Aireados. Son fluidos base aire o gas, que se emplean para perforar formaciones depletadas o zonas donde se espera encontrar presiones anormalmente bajas. La principal ventaja del uso de los lodos aireados, es el aumento en la tasa de penetración, debido a que los recortes son lanzados fuera de la mecha rápidamente como resultado de la presión diferencial. Sin embargo, la decisión de emplear este tipo de fluidos debe ser estudiada con cautela, tomando en cuenta la capacidad de suministro de aire o gas versus la profundidad del hoyo a perforar, lo cual influirá en el levantamiento de los recortes a la superficie.

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1.2.2. Efecto de los Sólidos en las Propiedades del Lodo. Productos químicos, arcillas y materiales densificantes son agregados al lodo de perforación para lograr varias propiedades deseables. Los sólidos perforados, se incorporan en el lodo, afectando negativamente dichas propiedades. Estas propiedades incluyen la densidad y el comportamiento reológico de los fluidos de perforación, tales como viscosidad plástica, punto cedente, esfuerzo de gel y filtración. 

Densidad: es una medida de la materia de acuerdo a su masa por unidad de volumen. Es una de las propiedades del lodo más importantes para el control de las presiones durante la perforación de un pozo. Dado que es función de la masa, la incorporación de los recortes perforados al lodo se traduce en un incremento de su densidad.



Viscosidad Plástica: es la medida de la resistencia al flujo causada por la acción de corte del líquido mismo; en otras palabras, es la fricción entre los sólidos del lodo, los sólidos perforados y el líquido que los rodea. Por lo tanto, en un sistema de lodo cualquiera, un cambio en la viscosidad plástica usualmente indica un cambio en:  La concentración de sólidos  Tamaño y forma de los sólidos  Viscosidad de la fase liquida. En general, la viscosidad plástica es proporcional al área superficial de los sólidos. De este modo, un incremento en la cantidad de sólidos se traduce en un aumento de la viscosidad plástica. De igual modo, si el tamaño de las partículas disminuye, se producirá un aumento del área superficial de los sólidos y por lo tanto la viscosidad plástica será mayor.



Punto Cedente: es una indicación de la resistencia inicial al flujo causado por las fuerzas electroquímicas entre las partículas. Esta fuerza resulta de las cargas eléctricas en la superficie de las partículas dispersas en la fase liquida. El punto cedente es función de:  Las propiedades superficiales de los sólidos del lodo.  La concentración de sólidos.  El grado de ionización del líquido que rodea a los sólidos. El aumento del punto cedente se puede traducir en altas viscosidades si lutitas hidratables o arcillas reactivas perforadas se incorporan en el lodo, incrementando las fuerzas de atracción entre las partículas.



Esfuerzo de Gel: indica el esfuerzo debido a las fuerzas atractivas y la fricción entre las partículas en el fluido de perforación bajo condiciones estáticas. La magnitud de esta propiedad debe ser la necesaria para mantener los sólidos en suspensión cuando no esta circulando el fluido de perforación (gelatinosidad plana). Un esfuerzo de gel excesivo es causado por altas concentraciones de sólidos que producen un efecto de floculación.

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

Filtración: es la separación de los sólidos del lodo cuando el líquido es forzado a través del medio poroso o la formación, lo cual genera una costrafiltro de baja permeabilidad en las paredes del hoyo. Esta propiedad depende de la cantidad y tamaño del material sólido en el lodo. Durante la perforación de un pozo, existen dos tipos de filtración: dinámica (cuando el fluido esta circulando) y estática (cuando el fluido esta en reposo). En el caso de la filtración estática, el grado de pérdida de líquido varía inversamente con el porcentaje de sólidos. Para el caso de la filtración dinámica, el grado de filtración debe ser controlado con sólidos que actúen bien a concentraciones bajas. De este modo, es más factible una pérdida de circulación con un lodo de altos sólidos que con otro de bajos sólidos.

1.2.3. Pruebas de Laboratorio El mejor indicador de la eficiencia del proceso de control de sólidos empleado durante la perforación de un pozo, es el lodo. Por lo tanto, la medición de las propiedades del fluido de perforación es de suma importancia al momento de determinar el uso y disposición de determinados equipos y sustancias químicas. Las principales pruebas que se deben realizar son las siguientes: 

Prueba de Densidad: se realiza con una balanza de lodos, la cual provee un método simple para la determinación precisa (mas o menos 0,1 lb/gal) de la densidad de un lodo. Básicamente, consiste en una copa de volumen constante unida a un brazo graduado que contiene un contrapeso al extremo opuesto. El brazo graduado puede presentar cuatro o dos escalas. En el primer caso, las unidades son lb/pulg2 /1000 pies de profundidad, lb/gal, lb/pie3 y gravedad específica. En el caso de dos escalas, las unidades son lb/gal y lb/pie3.



Viscosidad Plástica, Punto Cedente y Esfuerzo de Gel: se miden empleando un viscosímetro rotatorio, el cual es accionado por un motor eléctrico. Presenta además una palanca de selección de velocidades. Para los lodos base agua, la prueba debe realizarse a 115 oF y para lodos base aceite, la temperatura de la muestra debe ser de 150 oF. La forma de determinar las propiedades es la siguiente: Viscosidad Plástica (cP) = Lectura a 600 RPM – Lectura a 300 RPM Punto Cedente (lb/100 pies2) = Viscosidad Plástica – Lectura de 300 RPM En cuanto al esfuerzo de gel, generalmente se toman dos lecturas; la primera inmediatamente después de la agitación del lodo (gel cero) y la segunda después que el lodo ha estado en reposo por diez minutos (gel diez), y se expresa en lb/100 pies2.



Filtración: para lodos base agua, se emplea el filtro prensa estándar, que consiste en un deposito montado en un marco, un medio filtrante, un medio

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para colectar y medir el filtrado y provisiones para una fuente de presión. Esta prueba requiere 100 lb/pulg2 de presión durante 30 minutos. En el caso de lodos base aceite, se emplea el filtrado a alta presión y alta temperatura, el cual consiste en una caja de calentamiento con termostato, una celda de 250 ml, una unidad de presión y un receptor de contrapresión. Las condiciones de presión y temperatura para la realización de esta prueba son de 300 oF y 500 lb/pulg2. 

Contenido de Arena: se determina por elutración (lavado por decantación) y asentamiento. El volumen de arena, incluyendo los espacios vacíos entre los granos, es medido y expresado como porcentaje en volumen del lodo. El equipo consiste de un tamiz con malla de 200 Mesh, embudo y un tubo de vidrio de medición calibrado de 0 a 20% para leer directamente el porcentaje en volumen de arena.



Retorta: esta prueba se emplea para determinar el contenido de agua, aceite y sólidos del lodo, los cuales se obtienen por destilación y condensado de un volumen medido del lodo, pudiéndose cuantificar la filtración liquida. A partir de esta prueba es posible determinar la gravedad específica promedio de los sólidos, el porcentaje de los diferentes tipos de sólidos y el porcentaje en peso de los sólidos en el lodo.

1.3.

CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS.

Los sólidos presentes en el fluido de perforación pueden ser clasificados en dos categorías basadas en la gravedad específica (o densidad) y el tamaño de las partículas. 1.3.1. Gravedad Específica. Los sólidos clasificados por gravedad específica pueden ser divididos en dos grupos: 

Sólidos de Baja Gravedad Específica: cuando su gravedad específica esta comprendida en el rango de 1,6 a 2,9.



Sólidos de Alta Gravedad Específica: cuando su gravedad específica es mayor a 4,2.

En la tabla No 1, se muestra la gravedad específica de algunos materiales comunes en los fluidos de perforación. Tabla No 1. Gravedad Específica de Materiales Comunes en el Lodo. Material Arena Barita Bentonita Caliza Hematita

Gravedad Específica 2,6 – 2,7 4,0 – 4,5 2,3 – 2,7 2,7 – 2,9 5,0

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Cuando un fluido contiene únicamente sólidos de baja o alta gravedad específica, la densidad de dicho fluido es una función de la concentración de ese tipo de sólidos. En cambio, cuando ambos tipos de sólidos están presentes, el fluido tendrá un total de contenido de sólidos variando entre concentraciones de baja y alta gravedad necesarias para alcanzar la densidad deseada. 1.3.2. Tamaño de Partículas. Las partículas en el lodo pueden variar de arcillas muy pequeñas (menos de 1/25400 de pulgada) a recortes muy grandes (más de una pulgada). Debido a las partículas extremadamente pequeñas, los tamaños se expresan en micrones o micras. Un micrón es una milésima de milímetro (1/1000 de milímetro) y es igual a 1/25400 de pulgada. Los sólidos están clasificados en diferentes categorías, de acuerdo a su tamaño. En la tabla No 2 se muestra esta clasificación. Es importante resaltar que en las diferentes categorías que se usan para clasificar los sólidos con relación al tamaño, no se considera la composición química del material que se está analizando, aunque se usen los términos "limo" y "arena". Por ejemplo, las partículas de tamaño de limo pueden incluir partículas de lutita, arena fina, carbonatos finos y barita. Los sólidos de tamaño arena pueden ser partículas de arena, lutita, carbonatos, recortes y materiales de pérdida de circulación, agentes obturantes y barita gruesa. Los sólidos coloidales incluyen la bentonita y otras arcillas, partículas muy finos (lutita, arena y carbonatos); y barita fina. Tabla No 2. Clasificación de sólidos de acuerdo al tamaño. Categoría

Tamaño

Coloidal

2 µ o menos

Limo Arena

2 - 74 µ 74 -2000 µ

Grava

Más de 2000 µ

Ejemplo Arcillas (bentonita) y sólidos perforados ultrafinos. Barita, limo y sólidos perforados finos. Arena y sólidos perforados. Sólidos perforados, grava y cantos rodados.

En general el término "arcilla" se utiliza para describir los minerales arcillosos molidos que son agregados para aumentar la viscosidad del lodo y mejorar el revoque. Sin embargo, los recortes, la barita y otros sólidos también aumentan la viscosidad, especialmente si el tamaño de las partículas se degrada dentro del rango de tamaños coloidales. Es extremadamente importante remover la mayor cantidad de sólidos recortados posible en la primera circulación, ya que si son reperforados ocurre un incremento del área superficial de los mismos y por consiguiente será mas difícil la remoción de las partículas y su efecto sobre las propiedades del lodo de perforación será mas pronunciado.

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El término “tamaño de partícula” cuando se emplea en relación con equipo de control mecánico de sólidos, se refiere al menor tamaño de partícula separado eficientemente por un equipo determinado. El término “tamaño de partícula equivalente” se utiliza en el caso de separación centrífuga. Estos términos serán explicados al detalle en la sección de control mecánico de sólidos. 1.4.

METODOS PREVENTIVOS PARA EL CONTROL DE SÓLIDOS.

El propósito de los métodos preventivos para el control de sólidos, es disminuir los procesos naturales de hidratación y dispersión del recorte, a fin de llevarlos a la superficie con el mayor tamaño posible y eliminarlos por medios primarios para prevenir su recirculación y posterior desintegración. Los métodos más comunes son los siguientes: 

Inhibición Iónica: consiste en una represión electrolítica de hidratación. Esto se logra empleando sustancias químicas conocidas como inhibidores, las cuales son electrolitos que reducen la hidratación y desintegración final de los sólidos.



Inhibición por Encapsulamiento: consiste en evitar el empleo de sustancias químicas que propicien la desintegración de los sólidos en el lodo. Tales sustancias son denominadas dispersantes. La protección contra la desintegración de las partículas se logra por medio de una película formada alrededor de ellas. Este encapsulamiento permite partículas mas grandes en la superficie que son removidas mas fácilmente por los medios primarios de separación de sólidos.



Inhibición Base Aceite: en este caso, la fase continua de aceite previene la hidratación de los recortes. En adición a esta protección, al agregar electrolitos a un lodo base aceite, se obtiene un fluido de perforación que realmente deshidrata los recortes cuando se perfora lutita masiva. Esta deshidratación da como resultado cortes firmes, no dispersos, que pueden alcanzar la superficie como partículas lo suficientemente grandes para ser eliminados por los equipos primarios de separación.

1.5.

CONTROL MECÁNICO DE SÓLIDOS.

La separación de las partículas de distintos tamaños es el principio básico de todo equipo de control mecánico de sólidos. La remoción mecánica de sólidos perforados se puede realizar empleando las siguientes técnicas: mallado, asentamiento, fuerzas centrífugas y/o una combinación de cualquiera de ellas. El mallado realiza la separación basada en el tamaño de las partículas, al igual que el asentamiento. Los equipos de fuerza centrífuga separan los sólidos basados en la diferencia de su densidad.

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La capacidad de un equipo de control de sólidos es determinada por el volumen de lodo que este puede procesar y el tamaño de los sólidos que puede descartar. Ninguno de los equipos de control de sólidos empleados en la perforación podrá eliminar el 100% de los sólidos generados. Para comparar la eficacia de estos equipos se utiliza una clasificación de los tamaños de partículas basada en el punto de corte. Esto se refiere a la combinación de un tamaño micrométrico con el porcentaje de ese tamaño de partículas que se elimina. Por ejemplo un punto de corte D50 de 40 micrones significa que 50% de las partículas de 40 micrones han sido eliminadas y 50% permanecen en el sistema de lodo. Los puntos de corte siempre deben estar indicados por la letra D, con un subíndice que indique el porcentaje eliminado, el cual es el parámetro más importante a la hora de comparar dos tamaños de puntos de corte. Los puntos de cortes son determinados a partir de la granulometría (distribución de tamaño de las partículas) del líquido alimentado y de la descarga de sólidos. Los equipos mecánicos de separación de sólidos son los tanques de asentamiento o trampas de arenas, las zarandas, los clasificadores húmedos donde entran los hidrociclones (desarenador, deslimador y limpiador de lodos) y centrífugas. En la figura No 2, se muestra el tamaño de sólidos que puede separar cada equipo.

Tamaño de Partícula (micrones)

Figura No 2. Separación de Partículas en Equipos de Control de Sólidos. 1.5.1. Tanques de Asentamiento. La proporción de sólidos que se depositan en las trampas de arena depende de: 1.- El tamaño, la forma y la gravedad específica de las partículas.

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2.- La densidad del fluido de perforación. 3.- La viscosidad del fluido de perforación. 4.- El tipo de régimen de flujo del fluido. 5.- El tiempo de estancia en el tanque. Si se mantiene el lodo en circulación para romper los esfuerzos de gel, entonces la sedimentación de las partículas está gobernada por la ley de Stokes, la cual es: Vs = gc Ds2 (s - L)/46.3  Donde: Vs = Velocidad de caída o sedimentación (pie/seg) gc = Constante de gravedad (pie/seg2) Ds = Diámetro del sólido (pie). s = Densidad del sólido (lb/pie3). L = Densidad del líquido (lb/pie3).  = Viscosidad del líquido (cP). La ecuación (1) es una representación matemática de los hechos que se observan en el campo; cuanto más grande sea la diferencia entre la densidad del sólido y la densidad del líquido (s - L), más rápida será la sedimentación del sólido; mientras más grande sea una partícula (Ds), se sedimentará más rápido; y con la viscosidad ocurre lo contrario, mientras menor sea, mayor será la velocidad de sedimentación de los sólidos. De acuerdo con la ley de Stokes, la sedimentación eficaz de los sólidos sólo puede lograrse cuando el fluido tiene un flujo laminar. La mayoría de las zarandas modernas eliminarán los sólidos de tamaño arena y más grandes sin necesitar el uso de trampas de arena o tanques de asentamiento. La trampa de arena o tanque de asentamiento, ubicado debajo de las zarandas vibratorias (shale shaker) o inmediatamente después de éstas. Puede retener las partículas más grandes que taponarían o dañarían el equipo que va a continuación si un tamiz se agujera o si evita la zaranda. Para eliminar las arenas que todavía no han sido eliminadas o depositadas en el fondo de la trampa se succiona líquido de la parte superior para ser pasado por el desarenador y lograr de esta manera una mayor remoción de sólidos. 1.5.2. Zarandas. Las zarandas vibratorias pueden ser consideradas como la primera línea de defensa en el sistema de remoción de sólidos. Se diferencian del resto de los equipos de control de sólidos porque producen un corte prácticamente de 100% (D100) al tamaño de la abertura de la malla. La zaranda es el único equipo que separa los sólidos basado en el tamaño físico de las partículas. Tiene la ventaja de que no degradan el tamaño de los sólidos.

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En lodos de baja densidad, la principal función de las zarandas es reducir el porcentaje de sólidos a la descarga de los hidrociclones y las centrífugas para mejorar su eficiencia. En lodos de alta densidad, actúan como equipos primarios de remoción de sólidos. Muchos problemas potenciales pueden ser evitados observando y ajustando las zarandas para lograr la eficiencia máxima de remoción. Es imprescindible que sean instalados el número de equipos necesarios para manejar el caudal de circulación del sistema. El flujo de lodo debería extenderse lo mas posible sobre la superficie de la malla. Lo ideal seria que se extendiera hasta un pie del borde de las mallas. 

Principio de Operación.

El funcionamiento de las zarandas es fácilmente observable, ya que todos sus aspectos de operación son visibles. Funcionan por canalización del lodo y los sólidos sobre mallas vibradoras, pasando a través de ellas y retornando al sistema activo. Los sólidos de tamaño mayor a las aberturas de la malla, son transportados fuera de ella debido al movimiento vibratorio. El movimiento de las mallas ocurre gracias a un ensamblaje vibrador que se instala adherido a la zaranda. En la figura No 3 se visualizan las partes del equipo.

Figura No 3. Partes de una Zaranda. 

Parámetros de Eficiencia.

La eficiencia en el funcionamiento de las zarandas depende de los siguientes parámetros:

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Dinámica de Vibración: La localización de los vibradores y la frecuencia de vibración de los mismos determinan la dirección y la magnitud de la aceleración neta de las partículas en la malla. La componente vertical de la aceleración tiene el mayor efecto sobre la cantidad de líquido filtrado. Se relaciona esta componente a la longitud de carrera (stroke) y la frecuencia de acuerdo a la siguiente relación: Stroke (pulg) x RPM2 G= 70400

La longitud de la carrera (stroke) es la distancia vertical total viajada por la cama de la zaranda. La fuerza G es medida desde el punto medio de la cama hasta el borde. Una aceleración de 1,0 G corresponde a la aceleración debido a la gravedad (386 pulg/seg2). La mayoría de las zarandas operan en rangos de 2,5 a 5,0 G´s.

Tasa de flujo, gpm

La frecuencia de vibración en la mayoría de las zarandas no es ajustable. Además, la longitud de stroke varia inversamente con las RPM. Una alta RPM dará como resultado una corta longitud de stroke a la misma aceleración. En la figura No 4 se muestra el efecto de la frecuencia de vibración y la longitud de stroke sobre la capacidad de manejo de volumen de la zaranda. Se observa que la capacidad de flujo aumenta cuando disminuyen las RPM.

Frecuencia de Vibración, rpm

Figura No 4. Capacidad Volumétrica Vs. Frecuencia de Vibración. Algunas zarandas cuentan con contrapesos ajustables para variar la aceleración (Figura No 5). Aunque la capacidad de flujo mejora y la humedad de los sólidos disminuye con aceleraciones elevadas, la vida útil de la malla se ve negativamente afectada. Este efecto es corregible reduciendo la fuerza G, lo cual incrementa la capacidad de flujo.

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Contrapesos Ajustables

Figura No 5. Contrapesos Ajustables. Patrones de Vibración: Las zarandas se pueden clasificar de acuerdo al patrón de vibración, el cual dependerá de la localización y orientación de los equipos vibradores. Existen tres patrones básicos de vibración:  Movimiento Circular: cuando la cubierta de la zaranda presenta un movimiento circular uniforme, tal como se muestra en la figura N o 6. Este es un movimiento balanceado debido a que toda la malla se mueve con el mismo patrón de movimiento. Esto se logra colocando un elemento vibrador a cada lado de la cubierta en su centro de gravedad (CG), con la abscisa de rotación perpendicular a la malla. El transporte de sólidos en este tipo de zarandas no es muy eficiente. Además, el flujo de líquido a través de la malla se ve limitado por el ángulo de inclinación. La suave aceleración (baja fuerza G) de este patrón de vibración convierte este diseño eficaz con sólidos livianos y pegajosos, al reducir el impacto de los mismos sobre la superficie de la malla. Además, tiene una baja capacidad para secar recortes.  Movimiento Elíptico No Balanceado: En este caso los equipos vibradores se ubican por encima de la cubierta de la zaranda y no gira a través de su centro de gravedad (presenta excentricidad) por lo que se genera un torque sobre la malla. Este torque produce diferentes patrones de vibración a lo largo de la longitud de la cama, tal como se ilustra en la figura N o 7. La inclinación de la malla restringe la habilidad de procesar fluido, por lo que pueden ocurrir pérdidas de lodo. Sin embargo, esta orientación puede ser favorable para remover sólidos pegajosos. La fuerza G de este tipo de

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movimiento tiende a ser moderadamente alta y el transporte de sólidos es lento en comparación con los tipos circulares o lineales. Esta zaranda produce mayor secado.

Dirección De Flujo.

Figura No 6. Movimiento Circular.

Figura No 7. Movimiento Elíptico No Balanceado.  Movimiento Lineal: Se logra empleando dos vibradores con rotación opuesta, los cuales, debido a su posicionamiento y dinámica de vibración, operan naturalmente en balance como se observa en la figura No 8. Debido a que los vibradores rotan en dirección contraria, la fuerza neta sobre la cubierta de la zaranda es cero, exceptuando una línea que pasa por el centro de gravedad de la zaranda. El ángulo de la línea de movimiento es usualmente de 45º a 50º, relativo a la malla para alcanzar el máximo transporte de sólidos. Este tipo de movimiento es ampliamente utilizado

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debido al eficiente transporte de sólidos y a la capacidad de manejo de volumen. Sin embargo, las zarandas con este patrón de vibración presentan una pobre capacidad de manejo de sólidos pegajosos. Produce una fuerza G bastante alta y un transporte potencialmente rápido, según la velocidad rotacional, el ángulo de la cubierta y la posición de la malla.

Figura No 8. Movimiento Lineal. Configuración y Angulo de la Cubierta: La mayoría de las zarandas cuentan con cubiertas de ángulo ajustable para optimizar la capacidad de manejo de fluidos y la velocidad de transporte de los sólidos. Angulos superiores a los tres grados pueden causar acumulación de líquido delante de la caja de recibo. Aunque el filtrado de líquido aumenta, el transporte de recortes disminuye. De este modo, si el ángulo de la cubierta es muy alto, se formara una acumulación de sólidos estacionarios. La acción de vibración de la malla y el extendido tiempo de residencia de los sólidos se traducirá en recortes mas finos y dispersos. Esta condición debe ser evitada, de tal modo que no debe existir una cantidad desproporcionada de sólidos acumulada en algún lado de la malla. En general, la pendiente optima de la malla del vibrador será aquella que maneje el mayor volumen de lodo y sus sólidos. Características de la Malla: Una zaranda será tan buena como el tamaño del entramado y la calidad de su malla. A continuación se explican las principales características que deben tomarse en cuenta a la hora de decidir el tipo de malla a emplear en un caso dado.  Tamaño de la malla: es el numero de aberturas por pulgada lineal, medidos desde el centro de un hilo (o alambre) de la tela metálica. Por ejemplo, una malla cuadrada 30x30 tiene 30 aberturas a lo largo de una línea de una pulgada en ambas direcciones. De este modo, existen diferentes tamaños de malla para separar sólidos de tamaños específicos. En la tabla No 3 se

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muestran los tamaños de malla requeridos para remover los sólidos contaminantes comunes del lodo. Tabla No 3. Malla de tamiz requerida para remover sólidos del lodo. Sólido Arcilla Coloides Bentonita Limo Baritas Polvo de Cemento

Tamaño (µ)

Malla de Tamiz

1-5

N/A

6 - 44

1470 - 400

44 53 74 105 149 500 1000

325 270 200 140 100 35 18

Arena Fina Arena Mediana Arena Gruesa

 Eficiencia de Separación o Punto de Corte: se refiere al porcentaje de partículas del tamaño específico, en micrones, que la malla puede remover. La combinación del punto de corte D50 de la malla con la relación D84/D16 proporciona una idea mas completa de la eficiencia de separación. La relación D84/D16 indica la exactitud del punto de corte, es decir, donde se eliminan todos los sólidos de un tamaño de terminado, pero no se elimina ninguna partícula mas pequeña. Una malla que realice un corte preciso de casi 100% al tamaño de abertura, debe tener valores de D 50, D84 y D16 del mismo tamaño micrométrico que la abertura. Por lo tanto la relación D84/D16 es muy cercana a uno. Se prefiere tener mallas con la relación D 84/D16 próxima de uno; los valores superiores a 1,5 no son deseables. En la tabla No 4, se muestra un ejemplo de mallas con sus respectivos puntos de corte. Tabla No 4. Puntos de Corte para dos tipos de Malla. Tipo de Malla Plana Pirámide

Tamiz (µ) 47 48

Puntos de Corte (µ) D50 D16 D84 327 231 349 318 231 389

 Area Abierta: se refiere al área no ocupada por los alambres. Una malla 80 con un área abierta de 46% manejara un mayor volumen de lodo que una malla 80 con un área abierta de 33%. Las medidas reales de separación las determinan factores tales como la forma de las partículas, viscosidad del fluido, índices de paso y cohesión de las partículas. Algunos lodos pueden formar una película de alta tensión superficial sobre los alambres de la malla y reducir el tamaño efectivo del área abierta.

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 Conductancia: es la capacidad de caudal o permeabilidad por espesor unitario de la malla. Distintos fabricantes usan diferentes unidades de conductancia, como el kilodarcy/centímetro (kD/cm) o kD/mm, pero resulta útil expresar estos valores como una función de los galones por minuto por pie cuadrado de malla (gpm/pie2). Este numero puede ser empleado para determinar la malla que se debe usar en base a la cobertura de flujo del área disponible.  Diseño de las mallas: Las mallas comerciales están disponibles en diseños bidimensionales o tridimensionales. Las mallas bidimensionales se pueden clasificar en: Mallas de Paneles, con dos o tres capas unidas en cada lado por una tira de una pieza en gancho doblada en dos. Mallas de Chapas Perforadas, con dos o tres capas unidas a una chapa metálica perforada que proporciona sostén y es fácil de reparar. Las mallas tridimensionales son mallas de chapa perforada con una superficie corrugada que corre paralelamente al flujo del fluido. Esta configuración proporciona mayor área de separación que la configuración de la malla bidimensional, por lo tanto permite manejar volúmenes mayores de fluido. Las mallas tridimensionales pueden ser en forma de pirámide o de meseta. 

Desviadores de Flujo. La línea de retorno (flow line) debe permitir una caída de presión tal que impida la acumulación de sólidos en esa tubería. Además, su diámetro debe ser suficiente para manejar el máximo caudal de circulación posible. Sin embargo, debe existir un múltiple o desviador de flujo cuando varias zarandas están instaladas para operar en paralelo. El principal objetivo del desviador de flujo es distribuir las dos fases (líquidos y sólidos) de una manera equitativa hacia la entrada de las zarandas. Si el diseño de este desviador de flujo no es el apropiado, los sólidos viajaran preferentemente por el canal mas recto, resultando en una distribución dispareja de líquidos y sólidos en las zarandas. En la figura N o 9 se muestra un diseño de desviador de flujo recomendado. Los desviadores de flujo circulares realizan una buena distribución de líquidos y sólidos.

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Zarandas

Figuras No 9. Desviador de Flujo Circular 1.5.3. Clasificadores Húmedos. La clasificación húmeda es la separación de los sólidos de una lechada según la masa de partículas (tamaño y densidad) siguiendo la ley de Stokes. Los factores que rigen la clasificación húmeda son:   

Las partículas mas gruesas tienen una velocidad de sedimentación mas rápida que las partículas finas que tienen la misma gravedad específica. Los sólidos de alta gravedad específica tienen una velocidad de sedimentación más rápida que los sólidos de baja gravedad específica que tienen el mismo tamaño. La velocidad de sedimentación disminuye progresivamente a medida que la viscosidad y/o densidad del lodo aumenta.

Estos dispositivos funcionan de acuerdo a la ley de Stokes en lo que se refiere a la densidad, la viscosidad y la fuerza G. Aumentan las velocidades de sedimentación y procesamiento al aumentar la fuerza G que actúa sobre las partículas sólidas. La fuerza G es proporcional al (diámetro del movimiento circular)x(cuadrado de la velocidad rotacional en RPM)x(masa de la partícula). Los clasificadores de sólidos húmedos mas usados para la remoción de sólidos de los lodos de perforación son los hidrociclones y centrífugas que a continuación se describirán mas detalladamente. 1.5.3.1.

Hidrociclones.

Los Hidrociclones son recipientes de forma cónica en los cuales la energía de presión es trasformada en fuerza centrífuga.

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En estos equipos el lodo es alimentado pro una bomba centrífuga, a través de una entrada que lo envía tangencialmente en la cámara de alimentación. Una tubería corta llamada tubo de vórtice se extiende en el cuerpo del cono y fuerza a la corriente en forma de remolino a dirigirse hacia abajo en dirección del vértice, es decir, hacia el extremo delgado del cono. Las fuerzas centrífugas que se desarrollan en estas circunstancias multiplican la velocidad de sedimentación del material de la fase más pesada forzándolos hacia fuera contra la pared del cono por el extremo interior o descarga inferior. Las partículas mas livianas se dirigen hacia adentro y hacia arriba como un vórtice espiralado que las lleva al orificio de la descarga superior o del afluente. La figura No 10 representa el funcionamiento de un hidrociclón.

Figura No 10. Hidrociclón. El tamaño de partícula que se desea separar esta determinado por el tamaño de los conos y la presión de la bomba. Presiones menores dan como resultado una separación de partículas mas gruesas y la disminución de la capacidad de separación. Una vez determinado el tamaño del ciclón, el número de conos puede determinarse con la ayuda del nomograma que nos indica la capacidad del hidrociclón. Un punto importante al momento de determinar la eficiencia del hidrociclón lo constituye la descarga inferior, la cual debe ser una aspersión fina con una ligera succión en el centro, por lo cual se hace evidente que no es deseable una descarga en forma de chorro sin succión de aire. Los Hidrociclones pueden ser clasificados como desarenadores o desarcilladores.  Desarenadores: son usados generalmente con el propósito de separar la arena y evitar la sobrecarga de los desarcilladores, para tal fin se usa una batería de por lo menos dos conos de seis pulgadas o mas de diámetro interno. Los desarenadores tienen la capacidad de manejar una gran capacidad volumétrica, pero con la desventaja de realizar grandes cortes de tamaño de partículas, comprendidos en el rango de 45 a 74 micrones.

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 Desarcilladores: se componen de una batería de por lo menos doce conos de cuatro pulgadas o menos, este numero de conos varia con el volumen de lodo que se hace circular. Es conveniente que la capacidad del cono sea por lo menos igual a la velocidad de circulación o que este entre el 20 y 50 por ciento por arriba de dicha velocidad. Un hidrociclón de cuatro pulgadas bien diseñado y operando correctamente tendrá un punto de corte D90 de aproximadamente 40 micrones. Los deslimadores y desarenadores son usados principalmente durante la perforación del pozo de superficie y cuando se usan lodos no densificados de baja densidad.  Limpiadores de Lodo: son básicamente un desarcillador y un desarenador montado sobre una zaranda de malla vibratoria. Son usados generalmente para la remoción de sólidos de perforación y la recuperación de la barita. El proceso remueve los sólidos perforados de tamaño de arena aplicando primero el hidrociclón al lodo y haciendo caer la descarga de los conos sobre el tamiz vibratorio de malla fina. El lodo y los sólidos que atraviesan el tamiz son recuperados y los sólidos retenidos sobre el tamiz se descartan. La figura N o 11 muestra el esquema típico de este tipo de equipos. De acuerdo a las especificaciones API, el 97% de las partículas de barita tienen un tamaño inferior a 74 micrones, por lo tanto la mayor parte de la barita será descargada por los hidrociclones y pasara a través de la malla para ser devuelto al sistema. Las mallas de los limpiadores de lodo pueden variar entre 120 a 325 Mesh, para que el limpiador de sólidos sea un dispositivo eficaz de control de sólidos, el tamaño de la malla debe ser mas fino que el tamaño de las mallas de las zarandas. Desarenado r

Desarcillado r

Zaranda

Figura No 11. Limpiador de Lodo.

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1.5.3.2.

Centrífugas.

Las centrífugas al igual que los hidrociclones aumentan las fuerzas que causan la separación de los sólidos al aumentar la fuerza centrífuga. Las centrífugas son capaces de realizar un punto de corte agudo. El punto de corte ideal es el tamaño de al cual todas las partículas mas grandes son separadas y todas las partículas finas son retenidas. Sin embargo, esto no es posible, por la tanto se debe tomar en cuenta el porcentaje real indicado del punto de corte al comparar las características de rendimiento de las centrífugas. El equipo consta de un cilindro cónico de acero horizontal que gira a una gran velocidad, con un transportador helicoidal en su interior. Este transportador gira en la misma dirección que el cilindro exterior, pero a una menor velocidad. La alta velocidad rotacional fuerza a los sólidos contra la pared interior del cilindro y el transportador los empuja hacia el extremo cónico donde son descargados. En la figura siguiente se ilustra este proceso. El lodo es descargado dentro del husillo hueco del transportador, donde es expulsado hacia afuera formando un anillo dos canales formados por las aletas del transportador, ya que los sólidos se acumulan en la pared interior del cilindro. Los sólidos son separados de todo el líquido en el área cónica (la playa) y transportados hacia los orificios de descarga.

Figura No 12. Centrífuga.

Para este tipo de equipos debido a su baja capacidad se recomienda usar bombas de desplazamiento positivo, las cuales no causan tanta degradación del tamaño de partículas, mejorando la eficiencia del equipo. Entre los parámetros mas importantes que determinan la eficiencia de las centrífugas, se listan a continuación:

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Fuerza G: La eficiencia de la remoción de sólidos aumenta con el aumento de la fuerza G, que es directamente proporcional con el cuadrado de la rotación del recipiente y del diámetro del mismo lo cual se combinara para obtener la fuerza G requerida. Para cada tamaño de partícula y determinadas propiedades del lodo existe una fuerza G mínima para provocar la sedimentación. Sin embargo un aumento exagerado en la fuerza G, también disminuye la eficiencia ya que las partículas se adhieren a las paredes mas fuertemente necesitando mayor torque del transportador. Viscosidad: La separación de sólidos por sedimentación dentro de un líquido es inversamente proporcional a la viscosidad del fluido. De aquí un aspecto importante en la operación de la centrífuga es la dilución de la lechada que se alimenta al equipo. El propósito de esta dilución es reducir la viscosidad de alimentación para mantener la eficacia de separación. Para la operación eficaz de la centrífuga, la viscosidad del efluente debería ser de 35 a 37 seg/qt. Si la viscosidad es superior a 37 seg/qt, la velocidad de sedimentación disminuye reduciendo la eficacia. Si la viscosidad es considerablemente menor a 35 seg/qt se esta añadiendo una cantidad excesiva de diluente. Esto causara la turbulencia dentro del cilindro, reduciendo su eficacia. Sólidos secos: Esta propiedad se atribuye mas al tamaño de los sólidos que al desempeño de la centrífuga. En realidad la sequedad de los sólidos es inversamente proporcional a la efectividad de la centrífuga, se ha encontrado experimentalmente que los sólidos mas secos son producto de centrífugas con las eficiencias mas bajas y punto de corte D50. El aspecto que tiene que ver directamente con la sequedad de los sólidos es la longitud de la playa mientras mayor mas secos salen los sólidos. Nivel de líquido y Capacidad de Procesamiento: Se ha encontrado experimentalmente que a mayor nivel de líquido o estanque, mayor tiempo de residencia y mayor separación. Sin embargo si se aumenta mucho el nivel de líquido se pierde en capacidad de manejo de líquido. La mejor combinación se determina por el tamaño de sólidos a separar, tomando en cuenta que los estanques profundos son mas eficientes que los llanos cuando se maneja sólidos finos. Diferencial entre RPM del recipiente y del transportador: Este valor es la diferencia entre las RPM del recipiente y las del transportador (tornillo sin fin). El diferencial se determina por la división entre las RPM del recipiente y la relación de la caja de transformación, que es la que convierte los RPM del recipiente en las RPM del transportador. Este diferencial es indicativo de la velocidad a la cual los sólidos son separados en la centrífuga, mientras mayor sea esta velocidad mayor es la capacidad de tratamiento de sólidos ya que se barren del recipiente mas rápidamente. Además existen datos experimentales que muestran que a medida que se aumenta el diferencial se reduce el torque, otro parámetro a considerar para diseñar la capacidad de la centrífuga. A pesar de la creencia de que altos diferenciales de RPM agitan el estanque e inhibe la sedimentación, resultados experimentales demuestran que el efecto del diferencial de RPM en la eficiencia de remoción de sólidos es ligero, cuando se le ha provisto del suficiente diferencial para remover los sólidos.

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Las centrífugas son equipos muy versátiles que tiene diferentes aplicaciones dependiendo del tipo de lodo y de los sólidos a separar. Las aplicaciones mas comunes son:  Recuperación de barita en lodos densificados: la centrífuga esta configurada para separar principalmente la barita, devolviéndola al sistema mientras desecha la fase liquida que contiene sólidos finos y coloidales perjudiciales.  Recuperación de líquidos en lodos no densificados: la centrífuga esta diseñada para separar y desechar los sólidos de tamaño de limo y devolver al sistema la fase liquida. La descarga de sólidos de las centrífugas tiene menos humedad que la de los hidrociclones. Las aplicaciones de la recuperación de líquido incluyen: lodos cuya fase liquida es costosa (aceite, sintética, sal saturada, etc.) y ubicaciones donde la eliminación de desechos de perforación es costosa.  Procesamiento del flujo bajo las unidades de hidrociclones: Los hidrociclones están diseñados para manejar todo el flujo de lodo, mientras que la centrífuga solo puede manejar un flujo parcial. Cuando la centrífuga procesa la salida pesada de los hidrociclones esta limpiando un volumen mayor que el procesaría directamente. En esta aplicación también seca la descarga normalmente humedad de los hidrociclones. Esto es beneficioso cuando la fase liquida es costosa o cuando se debe minimizar la cantidad de desechos descargados.  Centrífuga doble en sistema cerrado: la primera centrífuga se opera como una unidad de barita; la segunda opera a una fuerza G (RPM) mas alta, procesa el efluente de la centrífuga de recuperación de barita, devolviendo el líquido al sistema de lodo y desechando los sólidos. Se usan comúnmente para lodos base aceite, cuando se usa con un lodo base agua a veces se añade un floculante al efluente de la primera centrífuga para mejorar la separación de sólidos en la segunda centrífuga.  Deshidratación de lodos: en tratamiento de lodos donde se obtiene sólidos secos que se desechan y agua clara que será reciclada. Para esta aplicación se reduce el contenido de sólidos a un valor bajo, luego la parte liquida se trata con químicos para fomentar la coagulación y floculación de las partículas, que después de procesarse se recuperan los sólidos secos y agua a través de una centrífuga.  Eliminación de sólidos del efluente líquido del 3 en 1: separa los sólidos presentes en el líquido debajo de las mallas del 3 en 1 antes de retornarlo al sistema.  Disminución de densidad del lodo: la centrífuga procesa cierto volumen del tanque de lodo para separar los sólidos y así controlar la densidad del fluido de perforación.  Tratamiento de lodo pesado producto de la centrífuga vertical o secadora: para lograr aun mayor recuperación de líquido. Entre los equipos que comprenden el sistema de control de sólidos se encuentra el desgasificador que aunque no es un separador de sólidos es parte esencial del tratamiento de lodos en superficie.

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1.5.4. Desgasificador. Los desgasificadores son necesarios para remover las burbujas de gas del lodo. El corte de gas en el lodo desmejora el desempeño de las bombas centrífugas y todos los equipos de remoción de sólido luego de las zarandas requieren una bomba, por esto el desgasificador debe remover el gas antes que alcance estos equipos. Si el gas se deja en el lodo, este reducirá la densidad del fluido lo que se traduce en una reducción de la presión hidrostática en el hoyo. El fundamento principal de todos los desgasificadores es que las burbujas de gas deben alcanzar la interfase líquido-gas antes que exploten. Cualquier acción que lleve esas burbujas a la superficie funciona: 1. Aumentar el tamaño de las burbujas por el retiro de esta al vacío, 2.crear una capa fina, 3. Impartir una fuerza centrífuga al lodo para conducir las burbujas de gas a la superficie. En la siguiente figura se muestra un desgasificador de lodos típico.

Figura No 13. Desgasificador. Hay dos tipos fundamentales de desgasificadores: los atmosféricos y al vacío. Existen pruebas que demuestran que los desgasificadores al vacío tienen una eficiencia superior en presencia de lodos pesados y con puntos cedentes mayores a 10 lb/100 ft2. Los desgasificadores atmosféricos son aceptables para lodos livianos y con puntos cedentes bajos. 1.6.

NUEVAS TECNOLOGIAS.

1.6.1. Zaranda de movimiento elíptico balanceado. Las mejoras tecnológicas de las zarandas se reflejan comúnmente en la optimización de los movimientos vibratorios. Los avances previos a esta tecnología fueron: el movimiento elíptico desbalanceado que requiere de un

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plano inclinado, el movimiento circular con un solo vibrador que se localiza en el centro de gravedad, y el movimiento lineal generado por motores con pesas rotando excéntricamente. La tecnología del movimiento elíptico balanceado (MEB) usa pesos excéntricos rotando oblicuamente que mueven la malla para generar un movimiento elíptico unidireccional continuo y así mejorar la eficiencia de separación. El movimiento elíptico balanceado se desarrollo como una alternativa para aplicaciones donde el movimiento linear era muy agresivo tanto para el producto o para ciertas mallas en particular. Contrario al movimiento elíptico desbalanceado, el movimiento balanceado es uniforme en cualquier área superficial de la malla. Con movimientos uniformes en todos los puntos, el MEB separa los sólidos efectivamente a elevados ángulos de inclinación de la cama de la zaranda. El MEB como produce un movimiento continuo, las fuerzas son más suaves y menos destructivas a cualquier fuerza G dada en comparación con el movimiento lineal.

Figura No 14. Movimiento Esférico Balanceado. Acerca del movimiento elíptico se puede decir que es el movimiento óptimo para la separación y el secado de los cortes de perforación. Este movimiento frecuentemente produce sólidos más secos que los movimientos lineales por dos razones: 1. Los sólidos ruedan a lo largo de la malla exponiendo nueva superficie para mejorar la acción separadora de líquido de la zaranda. 2. El tiempo de residencia por longitud de malla es mayor comparado con el movimiento lineal al mismo ángulo de transporte y fuerza G. Los parámetros del movimiento elíptico que se pueden modificar son: la fuerza G (amplitud de vibración), la relación de radios de la elipse (mayor eje a

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menor eje) y el ángulo de transporte (ángulo entre la superficie de la malla y el eje mayor de la elipse). Los efectos de la variación de estos parámetros son: 1. A fuerza G constante, disminuyendo la relación de radios (elipses más gruesas) resultan sólidos más secos. 2. A fuerza G constante, aumentando la relación de radios (elipses más finas, más cercano al movimiento lineal) resulta en sólidos más húmedos. 3. A ángulos de transporte menores a 45º disminuyen el tiempo de retención y minimizan la fuerza de impacto entre los sólidos y la malla. 4. A ángulos de transporte mayores a 45º aumenta el tiempo de retención y maximizan la fuerza de impacto entre los sólidos y la malla. El transporte y la separación se optimiza cuando el eje mayor de la elipse es relativamente grande y un ángulo de ataque alrededor de los 45º sobre la superficie de la malla. De las pruebas realizadas por Swaco BEM-3 para comparar las eficiencias de las zarandas con movimiento elíptico balanceado y las de movimiento lineal, las conclusiones más importantes fueron: 

 

La zaranda con movimiento elíptico balanceado proceso todo el volumen de circulación (500 GPM) con una malla de 180 mesh, mientras que la lineal no estuvo en la capacidad de manejar todo el flujo con mallas de 175 mesh. El MEB produjo de 7 a 25% más contenido de sólidos. El ahorro de usar MEB puede llegar hasta los $5700, tomando con referencia que el costo de la base del lodo es de 100 $/Bls, en un pozo de 4000 pies con un hoyo de 10 5/8 con una cantidad de sólidos recuperados del 65% contra 60% del movimiento lineal.

Todo lo anterior se puntualiza en las cualidades y beneficios que presentas las zarandas con movimiento elíptico balanceado:    

Recupera el máximo volumen de fluido de perforación para ser reincorporado al sistema. Disminuye los desechos sólidos (ripios más limpios y secos), lo cual produce un ahorro en costos de disposición y manejo de ripios. Mayor capacidad de las mallas, incrementando la productividad. Extiende la vida de las mallas, disminuyendo costos de reemplazo.

1.6.2. Centrífuga vertical. Los secadores de sólido son equipos adicionales que se colocan debajo del sistema principal de control de sólido este permite que las zarandas puedan ser operadas con mallas más finas resultando en un incremento de la remoción de los sólidos perforados, lo cual ahorra costos significativos en dilución, disminuye los días de taladro, minimiza los costos de los problemas del hoyo y precisa la penetración en las arenas productoras.

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Las centrífugas verticales se alimentan del lodo perdido en las zarandas a través de los sólidos, retornándolo al sistema activo del lodo luego de ser pasado por una centrífuga decantadora para eliminar otros sólidos. La separación en las centrífugas decantadoras se mejora ya que la centrífuga vertical concentra en un volumen más pequeño los sólidos para que así puedan ser separados mas fácilmente. A medida que el material de alimentación es introducido en la tolva de alimentación es inmediatamente acelerado por medio de la cúpula cónica y las aspas y es dirigido a la superficie de la malla, este diferencial es proporcionado por el reductor de velocidad. El tiempo de retención de los materiales es controlado por el diferencial reductor de velocidad entre la canasta y el cono de aspas; el cual controla el movimiento de los sólidos malla abajo para ayudar a la separación de los sólidos y los líquidos. Los sólidos son descargados en un tanque de almacenamiento por medio de un tornillo sin fin. Los líquidos son empujados a través de la malla, por la fuerza centrífuga hacia la cavidad interna del equipo, de aquí son descargados por gravedad a un tanque. Este proceso se presenta en la figura siguiente. Alimentación Feed solids

Screen

Screen Malla basket basket

Recovered Fluido Fluid Recuperad o

Sólidos Clean solids Secos o

Figura N 15. Centrífuga Vertical Todos los componentes principales de la centrífuga están al alcance desde la parte superior, pues esta diseñado para mantenimientos rápidos y vigilancia permanente para lograr una operación libre de vibraciones. Partes de la Centrífuga.  Mallas: son rejillas metálicas de forma cónica truncada, pueden ser de cuatro tamaños los cuales se presentan en la siguiente tabla.

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Tabla No 5. Equivalencia en micrones de los tamaños de malla de la centrífuga vertical. Tamaño Micrones 0.020 580 0.015 381 0.010 254 0.008 203  Cuchillas: son placas de tungsteno adheridas a las aspas del cono, estas deben ser moldeadas a un tamaño exacto y balanceadas por grupo. Es importante mantener el espacio entre las cuchillas y la malla, el grado de inclinación del contorno de las cuchillas y la superficie de estas. Un espacio excesivo entre la malla y las cuchillas puede reducir la vida útil de la malla, aumentar la degradación de los sólidos, incrementar los sólidos en la corriente de líquido e incrementar la humedad de la mezcla descargada.  Canasta o cono: es el encargado de distribuir el lodo a lo largo de toda la malla a la vez que ambos giran, tiene una larga vida útil y de él depende el desbalance del equipo.  Rotor: Es el que conecta el eje de empuje externo y la canasta, es uno de los componentes que está sujeto a desgaste por abrasión del material de descarga. Un rotor severamente desgastado causara un desgaste innecesario y una ruptura de otros componentes.  Canal de recolección de líquido: es necesario que sea inspeccionada en cada cambio de malla, para evitar reemplazo de partes costosas y fugas de los líquidos recuperados  Tolva de descarga: es la cámara en la que caen todos los sólidos de la malla al tornillo sin fin. Se debe hacer una inspección diaria para evitar acumulación de materiales de descarga ya que existe el peligro de una excesiva resistencia al movimiento de las partes giratorias. Estas centrífugas tienen como ventaja que utilizan el 50% del espacio ocupado por otros sistemas y se sabe que podrían ser colocados en prácticamente en cualquier taladro. Uno de los problemas encontrados en estos equipos es el sistema de transporte de los sólidos, que para mejorarse han sido patentados sistemas de transporte al vacío que evitan la degradación de los cortes de perforación que ocurre dentro del tornillo sin fin. La degradación de los cortes conlleva a una mayor retención de líquidos por el incremento del área de superficie y la baja gravedad de los sólidos lo que dificulta aun más la separación de estos. Entre las ventajas más importantes que presenta la separadora vertical para el equipo de control de sólidos son:   

Cortes más secos, hasta menos del 5% p/p. Recupera gran porcentaje de la fase continua del lodo, reincorporándola al sistema. Incrementa la eficiencia de remoción de sólidos de baja gravedad (LGS) cuando se trabaja en conjunto con las centrifugas decantadoras.

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  

Reduce los costos de dilución. Disminuye los volúmenes de sólidos a manejar y los costos de tratamiento de sólidos. Minimiza el impacto ambiental en sitio.

1.6.3. Tanques cilíndricos. Para acondicionar el lodo luego de pasar por la sección de control de sólidos, el sistema cuenta con tanques de agitación para mantener los sólidos deseados en suspensión y disminuir el uso de material densificante. Estos tanques comúnmente son rectangulares y como el sistema de agitación siempre es circular existen zonas en el tanque donde la agitación no es suficiente y los sólidos se depositan, perdiéndose material. Este problema se reduce colocando tanques cilíndricos, para que la agitación del lodo sea uniforme en todo el volumen y así reducir la sedimentación de sólidos (ver figura No 15). Se está estudiando la posibilidad de que sean cónicos y así se elimina por completo la deposición de sólidos.

Figura No 15. Tanque Cilíndrico

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2. DISEÑO Y OPERACION DE LOS EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS EN TALADROS. EJEMPLOS. 2.1. INSTALACIÓN TIPICA DEL SISTEMA DE CONTROL DE SÓLIDOS. Los taladros tienen instalada una Línea de retorno, a través de la cual el lodo con los sólidos de perforación son transferidos a un desviador de flujo. El Desviador de flujo dirige la corriente hacia las Zarandas; los sólidos separados pasan a la sección conductora del Tornillo sin fin que los transportan a la Zaranda secadora. Los líquidos producto de la separación son recogidos por una canal y transportados por gravedad hasta la Trampa de arena, la cual es un tanque que presenta una de sus caras inclinadas para promover la sedimentación de los sólidos de mayor tamaño y densidad. La bomba del Desarenador succiona de la trampa de arena y el líquido remanente pasa al Tanque de retorno 1 por rebose. El flujo succionado de la trampa de arena entra tangencialmente a los conos del hidrociclón, por la parte superior sale el líquido con un menor porcentaje de sólidos, y por los vórtices de los conos (parte inferior) salen los sólidos que caen por gravedad a la malla del Mud Cleaner. Los líquidos que salen por la parte superior van al Tanque de retorno 1. Del tanque de retorno 1 succiona la bomba del Desarcillador, al igual que en el desarenador el flujo entra tangencialmente a los hidrociclones. El líquido sale por la parte superior y se dirige al Tanque de retorno 2 que se encuentra con agitación al igual que el tanque de retorno 1. Los sólidos salen por los vórtices de los conos y caen también a la malla del Mud Cleaner. Los líquidos recogidos por debajo de las mallas del Mud Cleaner reincorporan directamente al tanque de retorno 1.

se

Los sólidos separados en el Mud Cleaner se transportan a través del tornillo sin fin y se mezclan con los sólidos de las zarandas para ser llevados a la zaranda secadora. La centrífuga decantadora puede procesar líquido del tanque intermedio 3 en caso de requerirse una disminución de la densidad del lodo; de los tanques de amortiguación tanto del Mud Cleaner como de la zaranda secadora y de la centrífuga vertical centrífuga vertical, dependiendo de la configuración del sistema. La descarga de líquido de baja densidad se dirige hacia el tanque intermedio 2, mientras que la descarga de sólidos se realiza directamente hacia el tanque de cuatro caras. La zaranda secadora recupera el líquido de los sólidos producidos en las zarandas primarias y el Mud Cleaner. Los fluidos recolectados por debajo de las mallas se descargan a los tanques intermedios. Los sólidos son desechados en el tanque de almacenamiento de ripios.

33

Los líquidos van pasando de tanque en tanque hasta llegar a los de succión donde debería tener todas las propiedades previamente acondicionadas. Comenzando de nuevo el circuito de circulación de lodo. 2.1.1. Instalación de Equipos en el Taladro SENDA-1. En este taladro se encuentran instalados los siguientes equipos: 

Cinco zarandas vibradoras de movimiento elíptico balanceado. Cada una opera con dos motores de 1,5 HP a 1800 revoluciones por minuto y con una fuerza G que puede variar de 3,9 a 4,6.



Una zaranda secadora accionada por un motor eléctrico inclinado 45o.



Un tres en uno integrado por un desarcillador de doce conos de 4" con una capacidad de 900 GPM, un desarenador de dos conos de 12" capaz de manejar 1000 GPM y una zaranda de alto impacto de hasta 1200 GPM de capacidad.



Una centrífuga recuperadora de barita (de baja) y una centrífuga para el descarte de sólidos ultra-finos (de alta) la cual opera entre 2500 - 3200 RPM.

Para el caso de este taladro, la centrífuga de alta puede succionar el líquido recolectado por la zaranda secadora. También puede succionar del tanque intermedio 3 en caso de requerirse una disminución de la densidad del lodo. La centrífuga recuperadora de barita se utiliza cuando los recortes de perforación son muy pequeños y durante su remoción en la centrífuga decantadora, se arrastra barita comercial. Esta pérdida representa un costo adicional ya que requiere una nueva cantidad de barita para agregar al lodo. En este caso, el lodo es succionado primero por la centrífuga recuperadora de barita, donde el líquido es descargado en un tanque cilíndrico de amortiguación y los sólidos reincorporados al sistema por tratarse en su mayoría de barita. Del tanque de amortiguación el líquido es succionado por la bomba de la centrífuga decantadora para separar los recortes de perforación. Es importante resaltar que el uso de estas centrífugas depende de la densidad del lodo que esté retornando a los tanques, de tal manera que se pueden emplear para mantener o disminuir el peso del fluido. 2.1.2. Instalación de Equipos en el Taladro SENDA 2. En este taladro se encuentran instalados los siguientes equipos: 

Cinco zarandas vibradoras de movimiento lineal. Cada una opera con dos motores de 2,5 HP a 1800 RPM con una fuerza G de 7,4.



Una zaranda secadora accionada por un motor eléctrico de 2,5 HP.

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

Un tres en uno integrado por un desarcillador de veinte conos de 4" con una capacidad de 1000 GPM, un desarenador de dos conos de 10" capaz de manejar 1000 GPM y una zaranda de alto impacto de hasta 1200 GPM de capacidad.



Dos centrífugas para el descarte de sólidos ultrafinos(de alta) la cual tiene una capacidad de operación hasta 3200 RPM.



Una centrífuga vertical secadora (Typhoon), con 600 RPM y una fuerza G de 260 (ver equipos en anexo 1).

De acuerdo al diseño del sistema en este taladro, las centrífugas pueden procesar fluido de cuatro partes diferentes: lodo del Tanque de Retorno 1, fluido pesado de los tanques de amortiguación tanto del Mud Cleaner como de la zaranda secadora y centrífuga vertical. Los fluidos de las centrífugas se reincorporan al sistema de lodo, y los sólidos son descartados en el tanque de almacenamiento de ripios de las centrífugas. La centrífuga vertical recibe los sólidos de las zarandas y el Mud Cleaner, una vez separados, el líquido se almacena en un tanque pequeño de almacenamiento para luego ser bombeado a las centrífugas, mientras que el sólido se desecha en un tanque aparte de almacenamiento de ripios de este equipo. 2.1.3. Instalación de Equipos en el Taladro SENDA 3. En este taladro se encuentran instalados los siguientes equipos: 

Dos zarandas vibradoras de movimiento lineal, modelo LM3. Cada una opera con un motor de 2,5 HP a 1800 RPM con una fuerza G de 4,8.



Tres zarandas vibradoras de movimiento lineal, modelo LM2D. Cada una opera con dos motores de 2,5 HP a 1800 RPM con una fuerza G que puede variar entre 2,5 y 6,1 dependiendo de la fijación de los pesos del motor, la posición de fábrica da una fuerza G de 5,5. Tiene dos mallas horizontales y una última en cascada. Las cinco zarandas tienen una capacidad máxima de 1000 GPM.



Una zaranda secadora accionada por un motor eléctrico de 2,5 HP.



Un tres en uno integrado por un desarcillador de dieciséis conos de 4" con una capacidad de 1200 GPM, un desarenador de dos conos de 12" capaz de manejar 1000 GPM y una zaranda de alto impacto de hasta 1200 GPM de capacidad, 2,47 HP, 1800 RPM y una fuerza G entre 1 y 6,4.



Dos centrífugas de alta para el descarte de sólidos ultrafinos las cuales tiene una capacidad de operación de 1500 a 4000 RPM, con una fuerza G de 447 a 3180.

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

Una centrífuga de baja para recuperación de barita, que tiene una capacidad de hasta 250 GPM y una máxima velocidad de carcasa de 1950 RPM.



Una centrífuga vertical secadora (Vortex), impulsado por un motor de 75 HP, a una velocidad de 1100 RPM, con una capacidad de procesamiento máximo de 30 toneladas por hora de sólido (ver equipos en anexo 1).

En este sistema en lugar de la zaranda secadora del sistema típico se encuentra en operación la centrífuga vertical (Vortex). Esta es alimentada por los sólidos provenientes de las zarandas y el Mud Cleaner que son transportados a través del tornillo sin fin. El funcionamiento es por cargas, el tiempo muerto es el necesario para que el tornillo sin fin (apagado) se llene, para una tasa de penetración baja (3 a 5 RPM) el tiempo es de aproximadamente dos horas. Este tiempo se utiliza para limpiar los sólidos acumulados en el equipo, añadiéndole de 1-5 galones de aceite mineral (base del lodo, Vassa). Además del mantenimiento constante durante la perforación, cada 4-5 días (dependiendo de las horas de perforación que haga la mecha) en el tiempo de sacado y metido de tubería, se hace una limpieza total del equipo abriendo todo el equipo por la parte superior para sacarle todo los sólidos adheridos en las paredes del mismo. El tiempo efectivo o tiempo de procesamiento es de 15 minutos. La descarga sólida va a un tanque de cuatro caras, junto con la descarga de las centrífugas, mientras que la descarga líquida pasa a un tanque de amortiguación de 10 bls de donde es succionada y llevada a la centrífuga decantadora, encargada de disminuirle el peso para ser incorporada nuevamente a los tanques activos. En la unión de la sección de tornillo que viene de la zaranda y el Mud Cleaner y el que va directo a la centrífuga vertical se encuentra un tanque recolector para prevenir la contaminación por derrame de los sólidos del tornillo. Esta modificación se dio debido a los problemas presentados por la alta inclinación que inicialmente presentaba el tornillo. El lodo procesado por las centrífugas decantadoras (tanto las de alta como la de baja) pasa por un tanque de 37 bls con agitación antes de ser reincorporado al sistema de lodo. La zaranda secadora sólo es puesta en funcionamiento en casos de emergencia, para reparaciones o mantenimiento del Vortex.

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2.1.4. Instalación de Equipos en el Taladro SENDA 4. En este taladro se encuentran instalados los siguientes equipos: 

Cinco zarandas vibradoras de movimiento lineal, con mallas piramidales. Cada una opera con dos motores de 1,5 HP a 1800 RPM con una fuerza G de 7,3.



Una zaranda secadora accionada por dos motores eléctricos de 1,5 HP y con mallas piramidales.



Un tres en uno integrado por un desarcillador de veinte conos de 4", un desarenador de dos conos de 10" y una zaranda de alto impacto que opera con 1,5 HP, 1800 RPM.



Una centrífuga de alta para el descarte de sólidos ultrafinos las cuales tiene una capacidad de operación de 1800 a 2000 RPM, con una capacidad de 400 GPM.



Una centrífuga de baja para recuperación de barita, que tiene una capacidad de hasta 200-300 GPM y una máxima velocidad de carcasa de 900-1100 RPM.



Una centrífuga vertical secadora (Typhoon), con 600 RPM y una fuerza G de 260.

La instalación y el arreglo de los equipos en este taladro es similar al taladro SENDA 3, donde la centrifuga vertical es alimentada por los sólidos provenientes de las zarandas y el Mud Cleaner que son transportados a través del tornillo sin fin. El funcionamiento es continuo durante la perforación. La descarga sólida va a un tanque de cuatro caras. La descarga de sólidos de las centrifugas es realizada en un tanque aparte. 2.2. OPERACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE SÓLIDOS DURANTE LA PERFORACIÓN DE POZOS EN EL NORTE DE MONAGAS. Durante la perforación de los pozos del área mencionada, existió un predominio en las operaciones de los equipos de control de sólidos instalados en los distintos taladros. A continuación se resumen. 

Fase I: Hoyo de 26”.

Durante esta fase se maneja un galonaje de bombeo promedio de 1000 GPM, la litología predominante que se presentan son arcillas conglomeráticas y areniscas; en tal sentido el diseño de mallas con el que se inician las operaciones es de 84 Mesh, a medida que se avanza en la perforación la litología varía (el tamaño de los sólidos disminuyen) y se realiza una variación del diseño cambiando las mallas a 110 Mesh, luego para sufrir una ultima alteración a 210 Mesh con la cual se culminan las operaciones. Los diseños de

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mallas del tres en uno van de 210 a 250 Mesh y en las zarandas secadoras predominan tamices de 210 Mesh. 

Fase II: Hoyo de 17-1/2”.

La tasa de circulación promedio varia entre 700 - 900 GPM, la litología que se presenta es un predominio de areniscas con presencia de caliza, limolita y arcillas reactivas. El diseño de mallas se ajusta a 210 Mesh, y debido a la incorporación de arenas muy finas al sistema se utilizan mallas de 250 Mesh. Las mallas del tres en uno son cambiadas de 250 a 325 Mesh a medida que avanzan las operaciones. Las mallas de la zaranda secadora se varían de 210 a 250 Mesh. 

Fase III: Hoyo de 12-1/4”.

La litología predominante se puede dividir en dos etapas, de areniscas con calizas y algunas intercalaciones de lutita, y luego de arenisca con intercalaciones de lutita, limolita, sólidos finos a muy finos. Las zarandas operan con un diseño de mallas de 250 Mesh, mientras que el tres en uno opera con mallas de 310 a 325 Mesh y la zaranda secadora trabaja con un diseño de mallas de 250 Mesh. En caso de encontrarse centrífugas verticales secadoras, estas utilizan mallas cónicas truncadas de 0.020 y 0.015. Las centrífugas de alta y baja RPM, son monitoreadas constantemente para controlar los cambios en las condiciones del lodo, lo que puede implicar ajustes en la velocidad de rotación o caudal de alimentación. 2.3. RENDIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE CONTROL DE SOLIDOS. La herramienta que emplea el ingeniero de fluidos para evaluar la efectividad del programa de control de sólidos es una evaluación de la eficiencia del sistema para remover sólidos perforados. Generalmente, la eficiencia del sistema de remoción de sólidos es el porcentaje de roca perforada que se ha removido con el equipo. Este cálculo no toma en consideración la cantidad de fluido perdido en el proceso. Sin embargo, se determina este valor para llevar un seguimiento del volumen de lodo que se debe agregar al sistema y el porcentaje de humedad que tendrán los sólidos en el tanque de recolección de ripios. El procedimiento para la realización de la prueba de eficiencia es el siguiente: a) Se toman muestras del fluido en la succión y en la descarga de cada equipo. b) Se determina la densidad de cada muestra tomada (succión y descarga). c) Se mide el tiempo de residencia de los sólidos en el equipo (tiempo que tarda el equipo en descargar ¼ de galón de sólidos). d) Se determina el porcentaje de sólidos y líquidos a las muestras de la descarga de los equipos, empleando la prueba de retorta.

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e) A partir de los datos anteriores, se realizan cálculos para determinar: tasa de sólidos descartados, tasa de líquidos descartados, porcentaje de sólidos de alta gravedad y porcentaje de sólidos de baja gravedad, para cada equipo. f) Se determina el porcentaje de eficiencia individual de los equipos, a través de la siguiente relación:

% Eficiencia Individual 

Solidos Se cos Descartados Solidos Perforados

g) Se calculan las tasas totales de sólidos descartados y se determina la eficiencia total, la cual es la sumatoria de las eficiencias individuales de los equipos de separación primarios o zarandas. h) Adicionalmente, se determina la fuerza G de cada equipo. En el anexo 2, se muestra un reporte tipo del calculo de la eficiencia de un sistema de control de sólidos. Se considera aceptable una eficiencia entre un rango de 80% a 100%. 2.3.1. Comparación de la Eficiencia del Sistema de Control de Sólidos de los Taladros ejemplificados. 

Eficiencia Global.

Tal como se mencionó en el procedimiento para realizar una prueba de eficiencia, la eficiencia global o total implica el porcentaje de sólidos secos descartados por las zarandas primarias y el tres en uno únicamente. El porcentaje aportado por las zarandas es de 70 a 80 %, mientras que el tres en uno contribuye en un rango del 5 al 15 %. En la tabla No 6, se presentan los resultados de las pruebas de eficiencia en los distintos taladros. Tabla No 6. Eficiencia total por taladro. Taladro SENDA 1 SENDA 2 SENDA 3 SENDA 4

Eficiencia de Equipos (%) Zarandas 3 en 1 80 4 79 15 70 11 S/I S/I

Eficiencia Total (%) 84 94 81 S/I

Es importante resaltar que la diferencia entre la eficiencia total de los taladros SENDA 1 y SENDA 2, se debe a la baja eficiencia de la zaranda del tres en

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uno del taladro SENDA 1 (4 %). La baja eficiencia global que presenta el HP150 se debe a la eficiencia relativamente baja de las zarandas. En el anexo 3 se muestran las ecuaciones utilizadas para el cálculo de las variables empleadas para la comparación del rendimiento de los equipos. 

Eficiencia Individual de los Equipos: como se explicó anteriormente esta eficiencia depende de los sólidos descartados por cada equipo entre los sólidos perforados. Los equipos a analizar son las zarandas primarias, tres en uno y las centrífugas verticales.  Zarandas Primarias.

Las eficiencias de las zarandas por lo general son bajas ya que el flujo total de lodo se divide entre ellas y cada una debe contribuir relativamente igual a la eficiencia global. En la tabla No 7, se presentan las eficiencias promedio de las zarandas primarias instaladas en taladros. Tabla No 7. Eficiencias Promedio de las Zarandas Primarias por Taladro. Tipo de Zaranda Taladro

Tipo de Malla

SENDA 1

Plana

SENDA 2 SENDA 3 SENDA 4

Plana Plana Piramidal

Patrón de Vibración Elíptico Balanceado Lineal Lineal Lineal

Fuerza G

Datos de la Operación Peso ROP Lodo GPM (pies/hr) (lpg)

Eficiencia Promedio (%)

Remoción (% p/p)

4-5

8,4

653

6

15 – 16

84

5–7 4-6 5-7

8,3 8,6 15,8

712 815 544

7 5 18

15 – 16 14 - 15 S/I

80 77 92

Es importante resaltar que los datos mostrados en la tabla anterior corresponden a la fase de 12-1/4” en todos los taladros, y en particular los taladros SENDA 1, SENDA 2 y SENDA 3, se encontraban perforando la misma formación (alóctono). En la tabla anterior se observa que la eficiencia promedio de las zarandas primarias del taladro SENDA 1 y del SENDA 2 es muy similar. Esto no es significativo para las ventajas que presenta el movimiento elíptico vs. el lineal, pero se puede deber: 1.Al bajo galonaje que se estaba tratando (130 y 142 GPM respectivamente por cada zaranda); 2.La tasa de penetración del SENDA 2 genera mayor volumen de recortes por hora, lo cual incrementa el volumen de sólidos procesados por las zarandas de movimiento lineal; 3.Ademas la fuerza G del movimiento lineal del SENDA 2 es mucho mayor que la de movimiento elíptico del SENDA 1, por lo que podría contrarrestar el efecto del movimiento elíptico. Si se compara la eficiencia del SENDA 1 con el SENDA 3 se nota una diferencia que se podría atribuir al movimiento elíptico del HP-127 ya que las fuerzas G’s de ambos son parecidas. Sin embargo, la manera óptima de comparar estos tipos de zaranda seria bajo las mismas condiciones de operación (ROP, fuerza G, galonaje).

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Para comparar el rendimiento del taladro SENDA 4 es necesario hacerlo con el porcentaje de remoción de sólidos secos con respecto a los sólidos húmedos descartados. En la tabla se observa un 11% promedio mayor que los otros taladros y esto se debe que la litología que se presentó para ese momento fue 100% lutitas, partículas grandes que al ser encausadas por los canales de la malla tienen más superficie de contacto y logra una mayor separación, además que tienen una fuerza G elevada pero por la arquitectura de la malla no permite tanta degradación de las partículas sólidas. Para comparar esta alternativa con las demás sería necesario calcular la eficiencia individual, ya que el porcentaje de remoción de la tabla sólo indica cuan secos salen los sólidos pero no la cantidad de sólidos secos por cantidad de sólidos perforados (eficiencia).  Tres en Uno. En la tabla No 8, se muestran las eficiencias de las mallas de los tres en uno instalados en los taladros. Tabla No 8. Eficiencia de las Zarandas del Tres en Uno por Taladro. Tipo de Zaranda Eficiencia Taladro SENDA 1 SENDA 2 SENDA 3 SENDA 4

Patrón de Fuerza Vibración G

Lineal Lineal Lineal Lineal

4,6 6,9 5,0 7,0

Promedio (%) 4,1 15,0 11,3 S/I

La baja eficiencia del tres en uno del SENDA 1 se puede deber a que la malla instalada no esta trabajando eficientemente. De los valores de la tabla se puede observar que a mayor fuerza G, mayor es la eficiencia, esto puede influenciar el la separación de los sólidos, pero si la fuerza G es muy grande afecta de manera negativa ya que fractura las partículas haciéndolas mas pequeñas y difíciles de separar por otros equipos.  Equipos Secadores de Sólidos. La comparación de estos equipos se hace con el porcentaje de aceite en los sólidos ya que el cálculo de eficiencia para las centrífugas verticales no esta definido con exactitud. En la siguiente tabla se resume el resultado de la concentración de aceites en los sólidos descartados por los equipos secadores de sólidos.

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Tabla No 9. Porcentaje en Volumen de Aceite en los Sólidos Descartados por los Equipos Secadores.

Taladro SENDA 1 SENDA 2

SENDA 3 SENDA 4

Equipo

Litología

Zaranda Secadora

90% Arenisca 10% Lutita 70% Arenisca Centrífuga Vertical (Typhoon) 20% Limolita 10% Lutita 50% Arenisca Centrífuga Vertical (Vortex) 30% Lutita 20% Caliza Centrífuga Vertical (Typhoon) 100% Lutita

% p/p Aceite en los sólidos 13,5 12,5

4,9 4,6

En la tabla se observa claramente que la zaranda secadora que opera en el taladro SENDA 1 recupera menos de la mitad del aceite en comparación con las centrífugas verticales de los taladros SENDA 3 y SENDA 4. Además, el Vortex del taladro SENDA 3 descarta menor porcentaje de aceite en los sólidos que el Typhoon del taladro SENDA 2, lo que se traduce en sólidos más secos, mayor recuperación de lodo y por su puesto menores costos. Este resultado pudiera estar asociado a la diferencia en cuanto a la litología que se perforaba en ese momento. Además la operación de los equipos (el Vortex opera por baches de sólidos, con periodos de limpieza; mientras que el Typhoon opera continuamente) así como la frecuencia en el mantenimiento completo de los mismos podría estar influenciando la humedad de los sólidos descartados. Los porcentajes de aceites en los taladros SENDA 2 y SENDA 1 son muy parecidos a pesar que a éste se le hace mantenimiento sólo cuando no se está perforando o cuando opera deficientemente (esto eventual), esta buena operación del Typhoon del SENDA 4 se debe a que se está tratando con 100% de lutita que no es tan fina como la arenisca. De este análisis se puede inferir que es necesario el mantenimiento de las centrífugas verticales cuando se está perforando arenisca y mucho más si la ROP es baja (menor den 15 pies/hr) ya que al no haber una flujo considerable de ripios húmedos, los sólidos secos separados se van acumulando y adhiriendo a las paredes de la malla y el equipo, disminuyendo la eficiencia del mismo. Tabla No 10. Volumen de Lodo Descartado por Taladro. Taladro SENDA 1 SENDA 2 SENDA 3 SENDA 4

Volumen de Lodo Descartado (Bls/pie) 0,061 0,035 0,016 0,019

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La tabla muestra que la mayor pérdida por pie perforado se presenta en el SENDA 2 coincidiendo esto con el uso de una zaranda secadora en lugar de la centrífuga vertical. Al comparar los taladros SENDA 1 y SENDA 3, se encuentra que las pérdidas de lodo en el SENDA 1 son el doble de las que genera el SENDA 3, lo cual es bastante considerable si se toma en cuenta que la

diferencia entre ellos es la litología y la limpieza continua que se le realiza al equipo del SENDA 3.

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3. MANEJO DE SÓLIDOS. El manejo, tratamiento y disposición final de los residuos sólidos generados en los equipos de separación: zarandas, centrífugas y tanques de asentamiento son unos de los problemas de mayor incidencia ambiental en la industria de explotación de hidrocarburos. De allí la importancia de conocer y aplicar procedimientos seguros, eficientes y de bajo costo para el manejo de cortes de perforación. En esta sección se describen las consideraciones ambientales que rigen este proceso, tratamiento, transporte y disposición de los sólidos no deseados. 3.1. CONSIDERACIONES AMBIENTALES. El manejo de desechos sólidos en general se rige por la Gaceta Oficial N° 2635, Capítulo III, éste tiene como objetivo establecer las normas para el manejo de los desechos generados en las actividades de exploración y producción de petróleo, así como las condiciones para disponerlos. El decreto señala dos técnicas para la disposición de ripios contaminados con lodo base agua, los cuales son: confinamiento en el suelo y esparcimiento en suelo. Dependiendo de la técnica utilizada existen diferentes parámetros y condiciones a cumplir. El Art. 49 se refiere a la práctica de confinamiento y el Art. 50 a la de esparcimiento (ver anexo 4). En el caso de ripios contaminados con lodo base aceite, el decreto presenta las prácticas de esparcimiento (Art. 50) y las prácticas de biotratamiento. La última se rige por condiciones expuestas en el Art. 53. Es jurisdicción del Ministerio del Ambiente proveer a las empresas encargadas de esta actividad los permisos necesarios, así como también autorizar otras prácticas con previa demostración por la parte interesada de la factibilidad técnica y ambiental de su aplicación. La Gaceta Oficial N° 1257 regula las afectaciones ambientales de cualquier actividad, en este caso las que implican la disposición de los ripios de perforación. 3.2. TRANSPORTE. El transporte de los ripios de perforación ha estado sujeto a ciertas mejoras con el tiempo, anteriormente los tanques de almacenamiento de sólidos no deseados eran diseñados para que una retroescavadora los recogiera y colocara dentro de un camión volteo. Las desventajas de este sistema son la contaminación de la zona y los riesgos de un transporte no hermético. Los tanques en la actualidad están diseñados de manera tal que impiden el contacto de los sólidos con la localización. Por esta razón la forma de sacar los sólidos de los tanques es por medio de un camión Vactor, que a través de una manguera succiona los sólidos y los almacena en un tanque cilíndrico

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hermético de 10-12 m3. Este sistema garantiza el mínimo de afectación al ambiente. En ambos casos se debe hacer inspecciones al vehículo, en el proceso de carga y descarga del desecho, así como durante el recorrido, para mantener un control y seguimiento acorde con las normas de seguridad. El recorrido desde el lugar donde se generan los sólidos hasta el centro de manejo debe ser preestablecido al momento de instalar la locación y debe tener por lo menos dos opciones. 3.3. TRATAMIENTO. La aplicación de tecnologías para el manejo de los residuos de perforación, dependen de varios factores tales como: características fisico-químicas de los residuos, área disponible para el tratamiento, regulaciones ambientales, relaciones con la comunidad, propiedades del terreno receptor y costos Para esto es necesario cumplir con el siguiente procedimiento para caracterizar, certificar y acondicionar los sólidos antes de someterlos al tratamiento adecuado:    

  

Prueba de radiación: esta prueba se realiza a la llegada del camión para verificar que en los sólidos del contenedor no estén presentes materiales tóxicos radiactivos. Documentación: al conductor del camión se le exige el manifiesto de carga, la hoja de transporte (MA) y hoja de seguimiento (MA). Certificación del material: se toma una muestra de los sólidos del contenedor, se certifica y determina su lugar de almacenamiento temporal y condiciones particulares del tratamiento. Manejo interno y almacenamiento: una vez finalizada la fase de recepción, se procede a dejar por sentado que el material fue recibido. Inmediatamente los desechos se disponen en el área de descarga temporal, la cual se encuentra custodiada y protegida con geotextiles o en una piscina de concreto. Esta área se encuentra parcelada para lograr una ubicación precisa de todas las descargas. Ensayos: se toma una muestra del material crudo y se efectuarán pruebas de los niveles iniciales de salinidad, cloruros pH, TPH (contenido de hidrocarburos), sólidos y líquidos. Manejo hacia la planta: se realiza con un cargador sobre ruedas, con el objeto de alimentar la planta de tratamiento. Acondicionamiento: de acuerdo a los datos obtenidos de las pruebas y las hojas técnicas suministradas por el cliente, se determina el tratamiento a aplicar y la parcela donde se hará la disposición final de acuerdo a los parámetros exigidos por el MA. El acondicionamiento de los ripios base agua se hace añadiendo fertilizante y capa vegetal mientras que para los ripios base aceite se añade capa vegetal y FDA hasta que se cumpla con la relación carbón/nitrógeno de 60.

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A continuación se exponen los tratamientos existentes para disminuir el contenido de grasas y aceites además de la reducción de parámetros fisicoquímicos de los sólidos según sus propiedades y características. 3.3.1. Esparcimiento (Landspreading). Este método se utiliza sólo para ripios base agua ya que las características de estos desechos demuestran en su gran mayoría son inicuos al medio ambiente y pruebas realizadas por agentes investigadores en el país y empresas de servicio han demostrado que los mismos pueden regenerarse y utilizarse como acondicionadores de suelos. Debido a que la bentonita y la barita son los materiales predominantes en los desechos de perforación base agua y estos se encuentran normalmente en la superficie de suelo hace que este procedimiento sea técnica y químicamente factible. Este tratamiento consiste en mezclar el desecho con un material absorbente, agregarle fertilizante para un posterior esparcimiento en el suelo. El proceso se describe a continuación: 1. Los ripios son mezclados con material absorbente en la unidad de dosificación y mezcla o “dry beach”, 2. Luego son desalojados hacia el sitio de disposición final por medio de una retroescavadora, esparcidos en área aledaña a la locación. 3. Por medio de una rastra agrícola se incorporan al suelo, se añade nutrientes: nitrógeno, fósforo y potasio por aspersión. 4. Se suministra aireación para mantener niveles de oxígeno que permitan la transformación de este desecho en un material óptimo para la reforestación. 5. El proceso es monitoreado por una laboratorio registrado y autorizado por el MARN; y las dosis de mezcla suelo/agentes y acondicionadores/enmiendas agrícolas son diseñadas en el laboratorio y controladas en el campo. 6. Cuando los constituyentes de los ripios están por debajo de los límites exigidos por las leyes, estos pueden ser esparcidos sobre el área de trabajo disponible para su secado natural. 7. Cuando los valores están por encima de lo exigido, los desechos deben ser tratados con un volumen suelo o agente acondicionador, mezclados y arados con productos químicos para reducir los valores por debajo de los límites establecidos. 3.3.2. Tratamientos Bioquímicos (ABA). Estos se realizan con el uso de activadores bioquímicos en un bioreactor y con separadores mecánicos de sólidos y fluidos. 3.3.3. Biotratamiento (Composting). Esta técnica se realiza mediante el esparcimiento de los sólidos sobre el terreno dispuesto para esto, en proporciones controladas, donde se mezcla con la capa superficial del suelo utilizando los sistemas naturales físicos, químicos y biológicos existentes en el mismo para la degradación e inmovilización de los constituyentes del residuo. Para estimular el crecimiento bacteriano se realizan

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una serie de operaciones como: aireación, ajuste de pH, adición de nutrientes, control de humedad y mezcla). El tratamiento biológico o biotratamiento es la degradación del residuo orgánico por la acción de los microorganismos. La degradación altera la estructura molecular de los compuestos orgánicos y el grado de alteración determina si se ha producido biotransformación o mineralización. La biotransformación se refiere a la descomposición de un compuesto orgánico en otro similar. En la mineralización se produce la descomposición total de las moléculas orgánicas en dióxido de carbono, agua, residuos inorgánicos inertes y se incorpora el resto a las estructuras de los microorganismos. En fin, la biotransformación es una degradación parcial y la mineralización es completa. El tratamiento biológico es el resultado directo del metabolismo heteróforo en el que el residuo orgánico es el sustrato, es decir, el residuo sirve como fuente de carbono y energía para los organismos vivos. El procedimiento para el tratamiento biológico de los ripios es el siguiente: 1. Los ripios son mezclados con un absorbente, el cual cumple con la función de secado parcial del desecho. 2. Luego son dispuestos (por medio de una retroescavadora) en el área de biodegradación intensiva a una altura de 0,3 mts. 3. Se mezcla con el suelo arable, asegurando el cumplimiento de todas las condiciones establecidas en el decreto 2.635. 4. Una vez alcanzado el volumen total en cada parcela se procederá a la etapa de aireación, irrigación y suministro de nutrientes en dosis controladas, para facilitar la acción degradadora de las bacterias existentes. 5. A lo largo del desarrollo del proyecto se realiza la toma de muestras en el área de disposición a fin de poder cuantificar la disminución en el contenido de aceites, grasas e hidrocarburos, en los ripios dispuestos, y como medida de control para la adición de nutrientes a través de mediciones de NPK (Nitrógeno, Fósforo y Potasio). 6. Una vez alcanzados los contenidos de aceites, grasas e hidrocarburos requeridos se procederá a la recuperación del material biodegradado mediante reforestación del área intervenida, por medio de siembras de plantas de la zona. Para tal fin se tratará de escoger potreros vírgenes que proporcionen una rápida germinación y recuperación de la capara vegetal. Esto implica el análisis periódico del material recuperado como suelo fértil a través de los parámetros de medición de calidad de suelos. Existe un último recurso para la degradación de los residuos y sedimentos resultantes de los procesos antes mencionados y éste es la incineración. Una vez culminado el proceso se entregara al cliente el certificado de degradación, avalado con los resultados de los análisis realizados por un laboratorio autorizado por el MA, así como toda la documentación de todo el tratamiento

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3.3.4. Parámetros para la disposición de sólidos. Las consideraciones técnicas que se deben tener presentes para el tratamiento de ripios de perforación con cero impacto ambiental se asocian con el control de la alcalinidad excesiva, salinidad, ausencia de estructura, contenido de hidrocarburos y alto contenido de metales existentes inicialmente en los mismos. Los parámetros que controlan el manejo de salinidad, sodicidad, contenido de hidrocarburos, alcalinidad y metales son los siguientes: pH, conductividad eléctrica, cloruros totales, relación de absorción de sodio, aluminio intercambiable, saturación con bases, porcentaje de aceites y grasas, y lixiviados (arsénico, bario, plomo, mercurio, selenio, plata y zinc). Durante y después del proceso del manejo de sólidos es necesario monitorear estos parámetros indicadores de la eficiencia del proceso y la calidad final de los ripios que serán dispuestos. Como punto de partida debe hacerse la caracterización del suelo donde serán dispuestos los sólidos, y de los ripios bien sea base agua o base aceite, para después compararlos con los resultantes. Para los ripios base agua se mide solo las concentraciones de los lixiviados, mientras que para los ripios base aceite además de los lixiviados se mide el TPH y porcentajes de saturados, aromáticos, resinas y asfáltenos. Periódicamente deben hacerse las caracterizaciones de la mezcla sueloripio que para la finalización del proceso deben estar en los rangos dispuestos en el Art. 50 del decreto 2635. Así mismo se debe hacer un seguimiento, si es el caso, al biotratamiento midiendo al inicio del tratamiento y cada cierto tiempo, la concentración de aceites y grasas, la respirometría, humedad, concentración de potasio y nitrógeno. 3.4. Nuevas tecnologías. Los avances tecnológicos están dando paso a nuevas procesos que hacen más eficientes el manejo de sólidos. En esta sección se describen algunos de los más importantes. 3.4.1. Tecnología de encapsulación. La tecnología consiste en mezclar los ripios base agua o aceite con aditivos estabilizantes que permiten formar una matriz sólida donde se quedan atrapados los componentes del ripio evitando la lixiviación de aceites y sales presentes. La mezcla se realiza a la salida del equipo de control de sólidos permitiendo que el proceso se realice “in situ” y en tiempo real, lo cual evita la acumulación del desecho y generación de pasivos. El material que se genera posee propiedades estructurales y geotécnicas (resistencia a la compresión y al corte) que permiten usarlo como relleno para fosas, sub-bases de carretera o llénente mineral en mezclas asfálticas. Con los agregados producidos en un pozo (1800 m3) se construiría 1 Km de vialidad

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rural con costos competitivos respecto a los tratamientos actualmente utilizados. Adicionalmente, los agregados son inocuos al ambiente ya que no afecta el crecimiento y desarrollo de la vegetación. De esta manera se promueve a: acondicionamiento de vías rurales (petroleras y/o agrícolas), ahorro por arrendamiento de tierras o indemnizaciones a terceros, generación de valor social ambiental y económico. En resumen las ventajas que presenta la tecnología de encapsulación son las siguientes:      

Minimiza generación de desechos en taladro (reciclaje en sitio) Tratamiento en tiempo real, in situ. Sin arrendamiento en áreas agrícolas. Costos competitivos (60 US$/m3) Amigable al ambiente. Construcción de 1 Km de vialidad por pozo perforado.

3.4.2. Tecnología de cortes de perforación por lechada. Esta alterativa consiste en preparar una mezcla adecuada de ripios de perforación e inyectarlos a pozos no productores. Entre los beneficios aportados por la disposición de cortes de perforación por lechada, para operaciones costa afuera se mencionan los siguientes:  Los cortes no quedan expuestos a la superficie y son transportados a su sitio de perforación original.  Evita toda posibilidad de contaminación en superficie.  Evita contaminación de aguas subterráneas.  La localización del pozo perforado queda en las mismas condiciones originales.  Eliminación de sitios de tratamiento y disposición final en superficie. 3.4.3. Tecnología de cortes de perforación en arcillas someras y blandas. Esta tecnología fue desarrollada por Intevep y permite la inyección como una solución a la disposición final de cortes de perforación en áreas altamente sensibles como zonas de pantanos, áreas fluviales o lacustres. Las vías para introducir los cortes de perforación al sistema se realizan por medio de sistemas de correas transportadoras desde tanque o fosa y por medio de bombas electrosumergibles. 3.4.4. Tratamiento de ripios base aceite con PECS (Petro Ecological Clean System). El producto PECS es un material orgánico, biodegradable, que posee las siguientes características: no reactivo, no contaminante, no inflamable, no solvente, no tóxico para seres humanos, flora o fauna; soluble en agua. La filosofía del proceso está basada en la limpieza total de los agentes contaminantes presentes en el sistema a tratar, mediante un proceso de separación de las fases contenidas en el sistema (aceite, agua y sólidos),

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donde paralelamente se efectúa la descontaminación del sustrato sólido utilizando como agente activo una línea de los productos PECS, la cual ataca directamente las características físicas de las partículas coloidales petrogénicas generando la disminución de la tensión superficial mediante una inversión de la suspensión aceite-agua en agua- aceite, lo que se traduce en una separación inmediata de los aceites del sedimento hasta concentraciones permisibles para su disposición final. Con el fin de tener mayor claridad sobre el procedimiento de tratamiento a realizar, se describirá brevemente el proceso:  La prueba de tratamiento de los cortes de perforación base aceite se realizará in situ en una Piscina debidamente impermeabilizada. Inicialmente se inyectará aire al sistema para emulsionar homogéneamente el contenido durante 8 hrs.  Seguidamente se añadirá la primera aplicación de PECS, en una concentración del 30% para reducir la viscosidad de la mezcla obtenida y se reiniciará el proceso de inyección de aire para garantizar el contacto del producto con toda la masa de la piscina. Este procedimiento se desarrollará durante 24 hrs.  Al finalizar esta etapa, estarán separadas claramente las dos fases: sedimentos y emulsión agua- aceite. A partir de este momento se dejará en reposo el sistema durante 12 hrs, tiempo en el cual la emulsión será retirada mediante bombeo a un tanque de almacenamiento provisional.  A la emulsión colectada se le realizará un tratamiento con base en centrifugación, para la eliminación de los sólidos suspendidos remanentes y, tomando en cuenta que el aceite tratado se encuentra en una emulsión oxigenada, el efluente aceitoso de la centrífuga será deshidratado mediante evaporación por medio de seis intercambiadores de calor en serie. El aceite será entregado con un 2% de BSW, con el fin que sea reutilizado en la preparación de lodo nuevamente, inyectado a producción, etc.  Una vez evacuada la emulsión, los sólidos sedimentados serán nuevamente tratados mediante una aplicación de PECS al 50% repitiendo el procedimiento anterior durante 24 horas aproximadamente, con el propósito de remover los TPH remanentes en el sedimento.  Los sólidos tratados y libres de hidrocarburos serán monitoreados para conocer su calidad respecto al TPH mediante la determinación por retorta en campo e infrarrojo en el laboratorio. El costo aproximado por metro cúbico de ripios tratados es aproximadamente de US$ 95,00, incluyendo: equipos, mano de obra, transporte y materiales (entre ellos el PECS reactivo con un costo de US$ 10,00 por cada metro cúbico tratado). 3.4.5. Desorción Térmica. La desorción térmica es una tecnología para el tratamiento de desechos con altos contenidos de compuestos orgánicos, la cual consiste en someter el material contaminado a temperaturas por encima del punto de vaporización de los mismos, de tal forma que los contaminantes en forma líquida, conformados

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fundamentalmente por agua y aceites, pasen a la fase de vapor y se separen de la parte sólida. En el proceso de desorción térmica se utiliza una cámara calentadora cerrada y encamisada para calentamiento, a la cual se le transfiere el calor necesario para evaporar los hidrocarburos presente en los materiales que están siendo tratados. Los vapores producidos son condensados para su posterior reutilización. El aceite recuperado puede ser utilizado nuevamente en varias alternativas como: preparación de lodo base aceite, “suabeo” de pozos, inyección en línea de producción, etc.; el agua se reutiliza en el proceso de desorción térmica y el material sólido queda listo para ser dispuesto al aire libre. La ceniza producida, material sólido, también se puede utilizar como materia prima en la fabricación de bloques para la construcción. Es de hacer notar que la desorción térmica no es un proceso de incineración, en vista que durante la incineración se destruye el contaminante en cámaras de combustión a altas temperaturas (800 a 1200 °C), mientras que en la desorción térmica, el calor no se utiliza para destruir, sino para separar físicamente los contaminantes y por ello el calor se aplica de manera indirecta, con la finalidad de evitar el contacto entre la llama y el material contaminado. La desorción térmica es una técnica mediante la cual se puede disminuir la concentración de contaminantes en los desechos a niveles muy por debajo de lo establecido en la Normativa Ambiental actualmente vigente. Es por ello que esta tecnología está dirigida a resolver el creciente problema de los suelos y ripios de perforación contaminados con hidrocarburos y es la respuesta a la situación actual que enfrenta la industria petrolera, de cómo tratar y disponer estos desechos.

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4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Entre las conclusiones más importantes que se derivan de la comparación y observación de los equipos de control de sólidos en los taladros ejemplos, están las siguientes:  El desviador de flujo esférico permite la distribución homogénea y uniforme de los fluidos hacia las zarandas primarias, previniendo derrames y facilitando el mantenimiento del sistema.  Las zarandas de movimiento elíptico de alto impacto trabajan tan eficientemente como las de movimiento lineal.  Las mallas piramidales producen sólidos más secos, tienen mayor capacidad de manejo y son mas resistentes.  Las centrífugas verticales generan sólidos más secos que las zarandas secadoras, debido su alta fuerza G.  Las centrífugas verticales recuperan mayor volumen de la fase continua del lodo (aceite mineral) que la zaranda secadora.  Las centrífugas verticales secadoras operan con menor eficiencia (mayor porcentaje de humedad) cuando la litología predominante es arenisca, debido a su mayor área superficial.  El tratamiento de cortes de perforación utilizado en el área para fluidos base agua es el esparcimiento (Landspreading) y para fluidos base aceite es el biotratamiento (Composting), conforme con la normativa ambiental vigente. Las recomendaciones y posibles mejoras que se derivan de las conclusiones anteriores son:  Utilizar las zarandas de movimiento elíptico balanceado en futuros proyectos, con el objeto de continuar evaluando su comportamiento en el área.  Promover la aplicación de la metodología API para el cálculo de las eficiencias de los equipos de control de sólidos.  Continuar con el estudio de la metodología para evaluar el desempeño de las centrífugas verticales.  Normar el procedimiento y logística de manejo de la centrífuga vertical.  Utilizar tanques de almacenamiento de sólidos (canoas) techados para evitar mayor humedad por agua de lluvia.  Tomar en cuenta la aplicación de las tecnologías de encapsulación y desorción térmica como alternativas viables para el manejo de ripios, con el objeto de minimizar los pasivos ambientales (centros de acopio).

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5. BIBLIOGRAFÍA. 1. Apollo Services. Apollo’s Typhoon Cuttings Dryer. Documento Técnico. 2. Dowell Drilling Fluids. Solids Control Handbook. Solutions for better returns. 1998. 3. IMCO Services. Pocket Guide for Mud Technology. Houston, Texas. 1981. 4. Martinez G., Rafael. Tecnología de Perforación. Fluidos de Perforación. 1991. 5. Baker Huger – INTEQ. Fluids Facts Engineering Handbook. Houston, Texas. 1997.

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6. ANEXOS

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Anexo 1. Diagrama de Instalación de los Equipos de Control de Sólidos en los Taladros.

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Taladro SENDA 2

DESCARGA DESILTER

TRES EN UNO

SUCCION DESILTER DESCARGA DESANDER SUCCION DESANDER

TYPHOON TRAMPA DE ARENA

RETONO 2

RETORNO 1

DESC. TYPHOON

TANQUE DE RIPIOS

SUCCION DE LA CENTRIFUGA DE ALTA

SUCCION DE LA CENTRIFUGA DE BAJA

CENTRIFUGAS CENTRIFUGA DE BAJA DES. LIQUIDA CENTRIFUGA DE BAJA DES. SOLIDA CENTRIFUGA DE ALTA DES. LIQUIDA CENTRIFUGA DE ALTA DES. SOLIDA

RIPIOS

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Taladro SENDA 3

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Anexo 2. Hoja de Cálculo de la Eficiencia de los Equipos de Control de Sólidos.

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10.639 4 8,4

PROF: ft. ROP: ft/hr PESO LODO:lpg

TIPO DE LODO: DIAM. MECHA: GPM:

ACEITE MINERAL

pulg

12 1/4 653

PRIMARIOS EQUIPOS DESCRIPCION MALLAS D. ENTRANDO D. SALIENDO T.D. SOLIDOS (R) seg D. SÓLIDOS (D) (Peso) % VOL SOLIDOS (Vs) % VOL LíQUIDO (V1) Sólidos Húmedos Descartados Sólidos Secos Descartados Lbh Liquido descartado % Eficiencia individual ASG SOLIDOS LGS% PESO RPM MOTOR LONGITUD STROKE FUERZA G

Total Sólidos Húmedos Descartados Total Sólido Secos Descartados lbs/h Sólidos perforados Total Eficiencia

SHAKER 2

SHAKER 1 250

250

200

250

250

SHAKER 3 200

250

250

SHAKER 4 200

250

250

SHAKER 5 200

250

250

SHAKER 3:1 200

325

325

SHAKER SECADOR

CENTRIFUGA

325

8,4 8,3 130,00 14,90 64,00 34,00

8,4 8,3 130,00 14,90 66,00 34,00

8,4 8,3 140,00 14,90 68,00 32,00

8,4 8,3 135,00 14,90 64,00 34,00

8,4 8,3 135,00 14,50 66,00 34,00

10 9 500,00 15,70 66,00 44,00

15,8 14,8 140,00 14,80 58,00 42,00

0 0 0,00 0,00 0,0 0,00

103,15 87,05 16,10 16,41 2,4 2,8

103,15 87,05 16,10 16,41 2,3 2,9

95,79 81,71 14,07 15,40 2,2 2,9

99,33 83,83 15,50 15,80 2,4 2,8

96,67 81,16 15,50 15,30 2,2 2,9

28,26 21,65 6,61 4,08 1,9 3,1

95,14 72,62 22,52 13,69 2,1 3,0

#¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0!

1.800,00 0,10 4,6

1.800,00 0,10 4,6

1.800,00 0,10 4,6

1.800,00 0,10 4,6

1.800,00 0,10 4,6

1.800,00 0,10 4,6

1.800,00 0,10 4,6

2.800,00 1,00 1.559

88,15 442,47 530,621 83,39

NOTA: EL % DE EFICIENCIA DE LA CENTRIFUGA ESTA INDIVIDUAL COMO TAMBIEN SE HACE NOTAR QUE ESTA TRABAJANDO INTERMITENTE-

MENTE

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Anexo 3. Ecuaciones Utilizadas para el Cálculo de las variables de Comparación del Rendimiento de los Equipos de Control de Sólido.

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% Eficiencia Individual 

% Remoción 

Sólidos Secos Descartados Sólidos Perforados

Sólidos Se cos Descartados Sólidos Humedos Descartados

Volumen de Lodo Descartado  Bls / Pie Perforados  Fraccion de Aceite Descartado por el Equipo

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Anexo 4. Gaceta Oficial N° 2635.

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