Filtrado API

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Serrudo Jose Maria

Universidad Mayor, Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca

FACULTAD DE TECNOLOGIA LABORATORIO DE LODOS DE PERFORACIÓN Y CEMENTOS PETROLEROS (LAB PGP207)

Docente: Ing. Julio Cesar Poveda Aguilar Práctica No: 03 "FILTRADO" Informe realizado el semestre 01/2016 por: Estudiante 1.

Serrudo Jose Maria

Carrera Ing. Petróleo y Gas Natural

Serrudo Jose Maria

Práctica No 3 FILTRADO

1. Objetivo de la práctica.Conocer la prueba de filtrado a condiciones normales, realizadas en un Laboratorio de Rutina de Lodos de Perforación.

2. Objetivos particulares.-

Preparar un lodo base agua. Medir la densidad de un WBM (Water Based Mud). Medir el pH de un WBM. Medir el Filtrado de un WBM bajo norma API. Tipificar cualitativamente el revoque formado. Realizar las pruebas de rutina en el filtrado.

3. Fundamento Teórico a) Descripción La propiedad de filtración o formación de paredes de un lodo es determinada con un filtro prensa. La prueba consiste en determinar la velocidad a la cual se fuerza un fluido a través del papel filtro. La prueba es realizada bajo las condiciones de tiempo, temperatura y presión especificadas. Después de la prueba se mide el espesor del revoque sólido que se ha asentado. El filtro prensa usado debería cumplir con las especificaciones indicadas en la Práctica Recomendada de API y la prueba debería ser realizada de la manera recomendada. La prueba de filtrado API es realizada a la temperatura superficial y a una presión de 100 psi, y los resultados se registran como número de mililitros perdidos en 30 minutos.

b) Instrumentos Este instrumento, consta de una celda de lodo, un regulador de presión y un medidor montado encima de la caja de transporte o en la parte superior de la unidad de laboratorio móvil. Se usa un adaptador de acoplamiento para conectar la celda al regulador, simplemente introduciendo el empalme macho de la celda dentro del empalme hembra del filtro prensa y dando un cuarto de vuelta en sentido horario. Algunas celdas no tienen este dispositivo de cierre y son simplemente introducidas dentro del acoplamiento apropiado. La celda se cierra en la parte inferior con una tapa provista de una tela metálica (o rejilla), colocando la tapa firmemente contra el papel filtro y girando hacia la derecha hasta que quede apretada a mano. Esto empuja la hoja de papel filtro contra la junta tórica que fue previamente introducida en la base de la celda. La presión es proporcionada por un pequeño cartucho de gas carbónico. Se proporciona una válvula de purga para aliviar la presión antes de desacoplar la celda. No se debe usar N2O, óxido nitroso.

c) FILTRACIÓN DE ALTA TEMPERATURA, ALTA PRESIÓN (ATAP) Filtro prensa de ATAP de estilo MB (API #II) Descripción: El instrumento, se compone de una envuelta exterior calefactora con termostato, un conjunto de platillo para la celda, el conjunto primario de presión y el receptor de contrapresión. La capacidad de la celda de lodo es de 160 ml con una superficie de filtro de 3,5 pulg2. El recibidor de filtrado tiene una capacidad de 15 ml, y se puede usar un tubo de vidrio para una contrapresión de hasta 100 psi. Si se usa una contrapresión mayor, el tubo de vidrio debe ser reemplazado por un tubo de acero inoxidable. Se puede realizar una prueba de rutina a 300ºF y una presión diferencial de 500 psi. Se registra el filtrado a temperaturas elevadas como el doble del número de mililitros perdidos en 30 minutos. i. Procedimiento 1. Enchufar el cable de la envuelta exterior calefactora en la fuente de alimentación apropiada y dejar que el instrumento se precaliente. Colocar el termómetro en su cubeta dentro de la envuelta calefactora y ajustar el termostato para obtener una temperatura de 10ºF encima de la temperatura de prueba deseada.

Serrudo Jose Maria 2. Cerrar la válvula de entrada en la celda e invertir la celda. 3. Tomar lodo de la línea de flujo y llenar hasta 1/2 pulgada de la ranura de la junta tórica, dejando un margen para la dilatación. 4. Colocar un círculo de papel filtro en la ranura y colocar la junta tórica encima del papel. Usar papel Whatman Nº 50 o equivalente. 5. Disponer el conjunto de platillo de la celda sobre el papel filtro y alinear las agarraderas de cierre de seguridad. 6. Apretar uniformemente los tornillos de cabeza con los dedos y cerrar la válvula de descarga. 7. Con el conjunto de platillo de la celda bajado, colocar la celda dentro de la envuelta exterior calefactora con todas las válvulas cerradas. Transferir el termómetro a la cubeta de termómetro de la celda. 8. Colocar el cartucho de CO2 en el conjunto primario de presión y apretar el soporte del cartucho hasta que se perfore el cartucho. El regulador y la válvula de purga deberían estar cerrados. 9. Al levantar el anillo de cierre, deslizar el conjunto primario de presión sobre el “acoplamiento corredizo” superior y soltar el anillo de cierre. 10. Aplicar una presión de 100 psi sobre la válvula y luego abrir la válvula para presurizar la unidad. Esta presión minimizará la ebullición mientras se calienta la muestra. 11. Siempre se debe usar el receptor de contrapresión para evitar la vaporización del filtrado cuando las temperaturas de la prueba se acercan a, o exceden el punto de ebullición. Colocar y activar un cartucho de CO2 dentro del conjunto del receptor de contrapresión. 12. Deslizar el conjunto de contrapresión en su sitio con el anillo de cierre ranurado. 13. Aplicar una presión de 100 psi sobre la unidad de presión inferior, manteniendo la válvula cerrada. 14. Una vez que la temperatura alcanza el nivel deseado (300ºF), según la indicación del termómetro de la celda, aumentar la presión sobre el regulador superior de la celda de 100 a 600 psi, manteniendo la presión de 100 psi sobre el regulador inferior. Abrir la válvula inferior de la celda dando una vuelta y comenzar a medir el tiempo de la prueba. 15. Mantener una presión de 100 psi sobre el receptor durante la prueba. Si la presión aumenta, descargar un poco de filtrado para mantener la presión diferencial de 500 psi. Mantener la temperatura a ±5ºF. 16. Después de 30 minutos de filtración, cerrar la válvula inferior de la celda y luego cerrar la válvula superior de la celda. 17. Aflojar los tornillos en T de los dos reguladores y purgar la presión de ambos. 18. Descargar el filtrado dentro del cilindro graduado y leer la indicación de volumen. El valor a registrar debe ser el doble de la indicación. Retirar el receptor. 19. Desconectar el conjunto primario de presión levantando el anillo de cierre y deslizando el conjunto. CUIDADO: La celda sigue conteniendo presión. 20. Mantener la celda en la posición vertical y enfriarla a la temperatura ambiente; luego purgar la presión de la celda; no se debe soplar el lodo a través de la válvula. 21. Invertir la celda, aflojar los tornillos de cabeza (si es necesario, usar una llave de cabeza hexagonal) y desmontar. Limpiar y secar minuciosamente todas las partes.

d) FILTRO PRENSA DE ATAP DE ESTILO API #I (VÁSTAGO HUECO DE PUNTA AHUSADA) La prueba estándar de filtrado ATAP se realiza a una temperatura de 300ºF (148ºC) y una presión diferencial de 500 psi. ii. Descripción 1. Envuelta exterior calefactora montada sobre un soporte.

Serrudo Jose Maria 2. Una celda de muestra con una presión de régimen de 1.000 psi (superficie de filtro de 3,5 pulg.2). 3. Termómetro o termocupla electrónica (indicaciones hasta 500ºF [260ºC]). 4. Regulador de montaje superior con la capacidad de regular 1.000 psi provenientes de cualquier fuente de presión utilizada. 5. Receptor de filtrado (se recomienda uno de 100 ml) diseñado para soportar una contrapresión de régimen de por lo menos 500 psi. 6. Cilindro graduado para captar el filtrado. OBSERVACIÓN: Tener mucho cuidado al realizar la prueba de ATAP. Mantener todo el equipo en condiciones seguras de funcionamiento.

e) COMPRESIBILIDAD DEL REVOQUE Se realiza esta prueba usando el mismo procedimiento a 300ºF (149ºC), pero se aplica una presión de 200 psi al cuerpo de la celda y 100 psi al receptor inferior. Los valores de presión diferencial de 100 y 500 psi son comparados.

Esquema del experimento

Características del revoque

Serrudo Jose Maria

4. Métodos experimentales.f) Preparación de un lodo Base Agua 1. Tarar un recipiente (de preferencia una probeta de vidrio por la precisión del volumen medido). 2. Pesar la cantidad de Bentonita de acuerdo al cálculo realizado (trabaje con la densidad indicada). 3. Enrasar con agua hasta un poco menos del nivel del volumen deseado. 4. Agitar bien. 5. Enrasar con una pipeta hasta el volumen exacto.

g) Determinación de la densidad experimental En esta prueban puede emplear una balanza de lodo o emplear una probeta tarada previamente y una balanza normal.

5. Datos experimentales Datos generales de la práctica Nº

Volumen de lodo empleado

Densidad (ppg)

Aditivo Empleado

Dosificaci ón (ppb)

(ml)

Densidad final medida (ppg)

Volumen de Filtrado (ml)

1

623

8.8

Hibtrol

0.25

8.8

39

2

400

8.8

Baritina

1

8.86

48

3

400

8.6

Baritina

1

8.65

5.1

4

400

8.3

CMC

1

8.85

3.0

5

490

8.85

Hibtrol

0.25

8.65

14.5

6

500

8.55

Almidón

0.71

8.5

4.5

7

400

8.8

HCl

1

8.75

32.0

8

400

8.8

CMC

0.9

8.8

1.8

9

400

8.7

Tierra de diatomeas

0.5

8.825

12.5

10

400

8.6

Baritina

1

8.7

7.0

11

400

8.8

8.7

9.8

12

400

8.5

CMC

2.28

1.018

16.0

13

400

8.6

Almidón

0.5

8.7

17.5

14

400

8.75

Almidón

0.5

8.85

2.5

15

400

8.8

Bentonita

0

8.8

15.5

Serrudo Jose Maria 16

400

8.8

Bentonita

0

8.8

15.5

17

400

8.5

Bentonita

1.75

8.6

9.0

18

400

8.5

Bentonita

1.71

8.6

9.0

19

580

8.5

Baritina

1

8.5

9.0

20

400

8.5

Baritina

99776399

8.5

13.5

21

715

8.7

Hibtrol

0.25

8.71

17.0

22

400

8.56

Bentonita

1

8.3

5.25

23

660

8.5

Bentonita

0.0057

8.2

14.0

24

400

8.52

CMC

0.57

8.54

4.5

25

465

8.5

Na OH

0.65 E-05

8.2

3.0

26

400

8.5

Bentonita

0

8.8

15.5

27

660

8.5

Bentonita

0.0057

8.2

14.0

28

700

8.45

CMC

1.995

8.5

3.0

29

400

8.5

Hibtrol

0.57

8.5

16.5

30

400

8.5024

Baritina

0

8.6781

22.0

31

400

8.5

Bentonita

1.71

8.6

9.0

32

400

8.5

Hibtrol

49888199

8.6

16.0

33

700

8.4

CMC

1

8.4

3.0

34

690

8.45

CMC

1

8.5

3.0

35

600

8.5

CMC

1

8.5

3.5

36

400

8.5

Bentonita

0

8.8

23.0

37

400

8.5

HCl

7800900

8.6

13.5

38

400

8.7

HCl

2.205

8.67

2.8

39

400

8.6

HCl

0

8.5

6.8

40

430

8.6

Almidón

1.14

8.65

16.5

41

400

8.5

HCl

0.25

8.6

13.5

42

450

8.8

Tierra de diatomeas

2544444.4

8.8

11.5

43

450

8.5

CMC

2844444.4

8.5

5.5

44

400

8.6

Bentonita

1

8.6

21.0

45

450

8.8

Bentonita

0.99

9.0

15.5

46

400

8.6

Bentonita

1

8.6

21.0

Serrudo Jose Maria 47

450

8.8

Baritina

0.99

8.89

18.5

48

500

8.55

Almidón

0.5

8.5

4.5

49

400

8.5

CMC

1

7.76

11.1

50

400

8.5

Bentonita

0

8.5

11.0

51

590

8.0

Bentonita

3

8.0

11.0

52

590

8.45

Bentonita

3.363

8.55

115.0

53

400

8.5

HCl

7.8

8.6

13.5

54

400

8.5

Bentonita

2.77E8

8.5

24.0

55

600

8.0

Almidón

1

8.0

3.0

56

620

8.51

Tierra de diatomeas

0.5

8.52

6.6

57

400

8.5

HCl

780000

8.6

13.5

58

400

8.5

Bentonita

2.77E8

8.5

24.0

59

400

8.0

CMC

1

8.0

2.0

60

600

8.8

Baritina

1.71

8.5

6.5

61

400

8.8

CMC

1

8.8

2.0

62

600

8.5

Bentonita

0

8.0

9.0

63

600

8.5

Bentonita

0

8.0

9.0

64

400

8.5

CMC

0.57

8.52

4.5

65

400

8.8

Bentonita

1

8.6

7.5

66

400

8.5

Bentonita

2.77E8

8.5

24.0

Datos correctos seleccionados Volumen de lodo empleado (ml)

Densidad (ppg)

Aditivo Empleado

Dosificación (ppb)

Densidad final medida (ppg)

Volumen de Filtrado (ml)

464.44

8.59

Bentonita

0.73

8.50

12.54

510.00

8.60

Tierra de Diatomeas

0.50

8.67

9.55

Serrudo Jose Maria 499.09

8.51

CMC

1.00

8.47

3.76

461.43

8.63

Baritina

0.46

8.70

16.59

557.00

8.71

hibtrol

0.33

8.66

21.75

471.66

8.51

Almidón de maíz

0.72

8.53

8.08

400.00

8.62

HCl

2.81

8.66

15.45

Masa de lodo= 407.4 gr= 0.89845 lb Densidad del Lodo = 1.0185 gr/cc= 8.5 lb/gal

Volumen de Lodo= 400 cc= 0.1057 gal

h) Determinación del pH Emplear un medidor electrónico de pH. Tenga el cuidado de lavar el electrodo después de la medición y sumergirlo en su solución estabilizadora. Dato experimental: pH=…

i) Prueba de filtrado API (Reproducido del Manual API Instituto Americano del Petróleo, Dallas, Texas, 2002 / Prueba 3.8 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01) (1 pág. 3.7) i. Procedimiento 1. Mantener disponible una presión de aire o gas de 100 psi. 2. Retirar la tapa de la parte inferior de la celda limpia y seca. Colocar la junta teórica en una ranura en buen estado y volver la celda al revés para llenarla. Cualquier daño mecánico podría perjudicar la hermeticidad de la celda. Obturar la entrada con un dedo. 3. Llenar la celda con lodo hasta 1/4 pulgada de la ranura de la junta teórica. Colocar el papel filtro (Whatman Nº 50 o equivalente) encima de la junta teórica. Colocar la tapa encima del papel filtro con las bridas de la tapa entre las bridas de la celda, y girar en sentido horario hasta que quede apretada a mano. Invertir la celda, introducir el empalme macho de la celda dentro del empalme hembra del filtro prensa y girar en cualquier sentido para bloquear. 4. Colocar un cilindro graduado apropiado debajo del orificio de descarga de filtrado para recibir el filtrado. 5. Abrir la válvula de entrada aplicando presión sobre la celda. (Se puede observar que la aguja oscila rápidamente hacia abajo a medida que la presión llena la celda.) 6. La prueba de API dura normalmente 30 minutos. Al término de la prueba, cerrar la válvula. Después de desconectar la fuente de presión, la presión se purgará automáticamente. Retirar la celda. 7. Registrar el filtrado en mililitros, a menos que se especifique de otra manera. 8. Desmontar la celda, desechar el lodo y recuperar el papel filtro con mucho cuidado para perturbar lo menos posible el revoque. Lavar el revoque minuciosamente para eliminar el exceso de lodo. Medir el espesor del revoque y registrar la medida en 1/32 de pulgada. ii.

Datos experimentales: Volumen de Lodo empleado = 400 cc Temperatura = °C Diferencial de Presión = 100 Psi Tiempo de Filtrado = 30 min Volumen de Filtrado = 11cc Espesor de la torta (revoque) = 1.5 mm= Características del revoque: El revoque no contiene fracturas, no es pegajoso pues solo se agrego bentonita.

Serrudo Jose Maria Para todas las pruebas, se prepararan 500 ml de lodo de acuerdo a la indicación del docente. El tiempo a emplear en la filtración será de sólo 3 minutos, por existir muchos estudiantes.

j) Adición de Aditivos De acuerdo a la indicación del docente, añadir un controlador de filtrado (CMC o PAC), tierra de diatomeas, un ácido o una base, y otros aditivos y repetir la prueba de filtrado. i. Datos experimentales: Cantidad de aditivos en grs: Aditivo 1: Lodo ------ gr Aditivo 2: Bentonita 1.71 gr Aditivo 3: Baritina 1.71 gr Aditivo 4: CMC 0.57 gr Aditivo 5: hibtrol 0.57 gr Volumen de Lodo empleado = 400 cc= Temperatura = °C Diferencial de Presión = 100 Psi Tiempo de Filtrado = 30 min Volumen de Filtrado en galones 1. 0.0029 gal. 2. 0.0033 gal. 3. 0.0044 gal. 4. 0.0010 gal. 5. 0.0021 gal. Espesor de la torta (revoque) mm 1. –--2. 1.3 mm=0.0512 in 3. 1.5 mm=0.0591 in 4. 2.0 mm=0.0787 in 5. 1.0 mm=0.0098 in Características del revoque: 1. No es consistente, deslizable de menor densidad. 2. No es quebradizo, 3. Es aguanoso, algo pegajoso. 4. No es quebradizo, pero tiene una estructura cremosa. 5. Tiene más revoque, no es quebradizo.

6. Cálculos realizados Desviación estándar de los datos correctos.- En este caso tomamos el volumen de filtrado. Como son 7 los datos: - Sacamos el promedio.

1

= *(0.0033+0.0025+0.0010+0.0044+0.0057+0.0021+0.0041) 7 =0.0033 Entonces la Desviación Estándar seria:

Serrudo Jose Maria 1 𝜎=√ ∗ (0.0033 − 0.0033)2 + (0.0025 − 0.0033)2 + (0.0010 − 0.1322)2 … 7−1 1

𝜎 = √6 ∗ 0.00001498 𝝈 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟓𝟖 Error Estándar.-

𝑆𝐸 =

0.00158 √6

= 0.00064

Desviación estándar de los datos correctos.- En este caso tomamos la densidad del lodo con aditivos. Como son 7 los datos: - Sacamos el promedio.

1

= 7*(8.50+8.67+8.47+8.70+8.66+8.53+8.66) =8.60 Entonces la Desviación Estándar seria:

1 𝜎=√ ∗ (8.50 − 8.60)2 + (8.67 − 8.60)2 + (8.47 − 8.60)2 … 7−1 𝝈 =0.2135 Error Estándar.-

𝑆𝐸 =

0.2135 √6

=0.0871

Desviación estándar de los datos correctos.- En este caso tomamos el espesor del revoque Como son 7 los datos: - Sacamos el promedio.

1

= 4*(0.0512+0.0591+0.0787+0.0098) =0.0497 Entonces la Desviación Estándar seria:

Serrudo Jose Maria

1 𝜎=√ ∗ (0.0512 − 0.0497)2 + (0.0591 − 0.0497)2 + (0.0787 − 0.0497)2 … 4−1 𝝈 = 𝟎. 𝟎𝟓𝟎𝟐 Error Estándar.-

𝑆𝐸 =

0.0502 √3

= 0.0290

Desviación estándar de los datos correctos.- En este caso tomamos el volumen de filtrado. Como son 7 los datos: - Sacamos el promedio.

1

= *(0.0033+0.0025+0.0010+0.0044+0.0057+0.0021+0.0041) 7 =0.0033 Entonces la Desviación Estándar seria:

1 𝜎=√ ∗ (0.0033 − 0.0033)2 + (0.0025 − 0.0033)2 + (0.0010 − 0.1322)2 … 7−1 1

𝜎 = √6 ∗ 0.00001498 𝝈 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟓𝟖 Error Estándar.-

𝑆𝐸 =

0.00158 √6

= 0.0006

7. Resultados Obtenidos Datos de la práctica en unidades de campo. Volumen de lodo empleado (gal)

Densidad (ppg)

Aditivo Empleado

Dosificación (ppb)

Densidad final medida (ppg)

Volumen de Filtrado (gal)

Serrudo Jose Maria

-

0.1227

8.59

Bentonita

0.73

8.50

0.0033

0.1347

8.60

Tierra de Diatomeas

0.50

8.67

0.0025

0.1318

8.51

CMC

1.00

8.47

0.0010

0.1219

8.63

Baritina

0.46

8.70

0.0044

0.1471

8.71

hibtrol

0.33

8.66

0.0057

0.1246

8.51

Almidón de maíz

0.72

8.53

0.0021

0.1057

8.62

HCl

2.81

8.66

0.0041

Conclusiones El espesor del revoque va aumentando mientras el aditivo es más denso y va disminuyendo mientras el aditivo es menos denso El filtrado tiene que ser un poco duro pero nos salio algo flexible debido a lo que usamos un solo aditivo

8. Recomendaciones y Observaciones No se pudo medir el pH porque el peachimetro estaba descompuesto. Mi recomendación seria que los grupos en la práctica sean más ordenados, para así poder subir buenos datos para realizar los respectivos informes.

Bibliografía 1. American Petroleum Institute. Manual de Fluidos de Perforación. [trad.] Instituto Americano del Petróleo. Dallas : Instituto Americano del Petróleo, 2002. 2. BAROID. MANUAL DE FLUIDOS. Houston, USA : s.n., 1997.