FACULTAD DE TECNOLOGIA

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

Docente: Ing. Julio Cesar Poveda Aguilar

Práctica No: 1 (uno)

"PROPIEDADES DE LOS LODOS DE PERFORACION"

Informe realizado el semestre 01/2015 por:

Estudiante Carrera1. Clemente Canchi David Ing. en Petróleo y Gas Natural

2. Guillen Cruz Jose Alberto Ing. en Petróleo y Gas Natural

3. Olivera Arancibia Gonzalo Ing. en Petróleo y Gas Natural

Fecha de presentación: 21/04/2015

Universidad Mayor, Real y Pontificia de San Francisco

Xavier de Chuquisaca

Práctica No 1PROPIEDADES DE LOS LODOS DE PERFORACION

1. Objetivo de la práctica.-Aprender el uso adecuado de los materiales y equipos básicos necesarios para la preparación y evaluación de las propiedades, en laboratorio, de un lodo de perforación base agua.

2. Objetivos particulares.-- Conocer las funciones y utilidades de los equipos básicos- Manejar apropiadamente, los equipos- Realizar cálculos con datos experimentales- Ajustar datos experimentales a una correlación- Elaborar un informe encuadrado en una norma básica, con calidad y responsabilidad- Trabajar en equipo y emplear datos experimentales de un grupo de trabajo - Adquirir los rudimentos del criterio científico - técnico

3. Fundamento teórico.-

a) Valoración o titulación:Titulación o valoración química es un método químico que permite determinar la concentración de soluciones desconocidas a través de mediciones de volúmenes de soluciones de concentración conocida. Para ello se va añadiendo gota a gota la solución de concentración conocida, llamada solución patrónMateriales para la titulación o valoraciónLa operación de titulación se realiza en el laboratorio con los siguientes materiales:Procedimiento a seguir para realizar una valoración

Una vez concluido la valoración se procede a medir el pH de la concentración con el peachimetro

b) Determinación de la humedad de la Bentonita:El método para determinar la cantidad de agua presente en la muestra se basa en la pérdida de peso de la muestra por calentamiento en una un horno de secado, o directamente con un mechero; comparando los pesos cada determinado tiempo. La bentonita es una roca compuesta por más de un tipo de minerales, aunque son las esmectitas sus constituyentes esenciales y las que le confieren sus propiedades características.Su definición parte de 1888 en que fueron descubiertas y clasificadas como tales en Fort-Benton, Wyoming, U.S.A., a causa de una bentonita que poseía propiedades muy especiales, particularmente la de hincharse en el agua, dando una masa voluminosa y gelatinosa.Las bentonitas son también llamadas "arcillas activadas" debido a su afinidad en ciertas reacciones químicas causada por su excesiva carga negativa. Una de las aplicaciones de la bentonita es en los lodos de perforación:A pesar de los numerosos cambios que han tenido las formulaciones de los lodos de perforación, la bentonita sigue utilizándose en gran medida.

Los lodos de perforación son los fluidos bombeados que circulan a través del pozo mientras este es perforado. Su composición se ajusta a medida que cambian las exigencias, de acuerdo con la profundidad de la perforación y los otros materiales encontrados.

c) Preparación del lodo:Los lodos de perforación son fluidos utilizados en excavaciones de ingeniería civil, construcción y pozos de petróleo y gas. Su propósito fundamental es ayudar a hacer rápida y segura la perforación. Típicamente utilizan como fluido base agua o aceite. Este tipo de lodo no debe ser tóxico, corrosivo ni inflamable pero sí inerte a las contaminaciones de sales solubles o minerales. Además, es necesario que sea térmicamente estable, que mantenga sus propiedades según las exigencias de las operaciones y que se mantenga inmune al desarrollo de bacterias..Limpieza, evacuación y recuperación de Residuos controlar las presiones de la formación geológica suspender y descargar los materiales obturar las formaciones permeables mantener la estabilidad de las paredes de la perforación minimizar daños a la formación geológica refrigerar y lubricar la columna y herramientas de perforación transmitir potencia hidráulica a la barrena contener los fluidos de la formación geológica que se atraviesan (agua, gases, petróleo, etc.) controlar la corrosión facilitar la cementación y acabado minimizar el impacto sobre el medio ambienteFunciones principales Limpieza, evacuación y recuperación de residuos controlar las presiones de la formación geológica suspender y descargar los materiales obturar las formaciones permeables mantener la estabilidad de las paredes de la perforación minimizar daños a la formación geológica refrigerar y lubricar la columna y herramientas de perforación transmitir potencia hidráulica a la barrena contener los fluidos de la formación geológica que se atraviesan (agua, gases, petróleo ,etc.) controlar la corrosión facilitar la cementación y acabado minimizar el impacto sobre el medio ambienteTiposLos fluidos de perforación se clasifican de acuerdo al tipo de base en: fluido base agua y fluido base aceite o sintético. Los lodos más ampliamente utilizados son los de base agua, que se subdividen en lodos bentoníticos y lodos poliméricos. En los lodos de base acuosa, el agua constituye el medio de suspensión para los sólidos y es la fase continua. Por su parte, los lodos base aceite constituyen una emulsión de agua en aceite, es decir, una emulsión inversa donde la fase dispersa es el agua y la fase continua, al igual que el filtrado, es aceite. El agua no se disuelve o mezcla con aceite sino que permanece suspendida, actuando cada gota como una partícula sólida.Lodo bentonítico y aplicaciones Se trata de una mezcla de bentonita con agua. La bentonita es un tipo de arcilla montmorillonítica de muy alto límite líquido. Esto implica que a pesar de que se le añada mucha agua, la mezcla no pierde estabilidad o consistencia.Los lodos bentoníticos tienen una propiedad muy importante que los hace muy útiles en construcción: cuando un lodo bentonítico es amasado sin que se produzca variación de agua, pierde resistencia, comportándose como un fluido. Sin embargo, vuelve a adquirir esta resistencia una vez que entra en reposo. La principal aplicación de lodo bentonítico está vinculada a las excavaciones. PHLas condiciones de equilibrio químico de un lodo marcan la estabilidad de sus características. Una variación sustancial del pH debida por ejemplo a la perforación de formaciones evaporíticas, salinas, calcáreas u horizontes acuíferos cargados de sales, puede provocar la floculación del lodo, produciéndose posteriormente la sedimentación de las partículas unidas. La estabilidad de la suspensión de bentonita en un lodo de perforación es esencial para que cumpla su función como tal, por lo que será necesario realizar un continuo control del pH. Esto se puede llevar a cabo mediante la utilización de papeles indicadores (sensibilidad alrededor de 0,5 unidades) sin necesidad de recurrir a ph-metros, ya que son delicados para usarlos de forma habitual en el campo.

En general, un lodo bentónico es estable cuando su pH está comprendido entre 7 y 9,5, aproximadamente, precipitando fuera de este intervalo. Para corregir y mantener el pH dentro de los límites adecuados se pueden utilizar diferentes productos.

4. Método experimental empleado.-

a) Valoración o titulación:Material utilizado:

Pinza y soporte universal

Bureta

Matraz

Peachimetro

Pipeta

Pera

Vaso precipitado

Gotero

Reactivos:

NaOH

Fenolftaleina

HCl

H2O

- Obtener un volumen 5-10ml de una solución 0.1N de HCl.- Con una bureta valore la solución preparada con NaOH 0.2N empleando tres gotas

de fenolftaleína - Calcule la concentración del HCl en base al volumen de NaOH empleado

CHCl=C NaOH∗V NaOH

V HCl

- Compare su resultado experimental con el resultado teórico calculando el porcentaje de error

%e=|C exp−C teo|

Cteo∗100

- Mida el pH de la solución resultante y verifique el error (calcule el % de error) con el pH de viraje previsto de la fenolftaleína (8.3)

%e=|pH exp−pH teo|

pH teo

∗100

b) Determinación de la humedad de la Bentonita:El material y reactivos utilizados en la determinación de la humedad de la bentonita fue:

MATERIAL IMAGENMatraz Erlenmeyer

Calentador eléctrico

Vaso de precipitado

Balanza electrónica

REACTIVOSBentonita

Procedimiento: Pesar el vaso de precipitado limpio y seco. Agregar al envase una cantidad de bentonita (10 gr), este es el peso de bentonita

húmeda. Seque en la estufa de secado hasta que el peso se mantenga constante (puede

utilizar un mechero para acelerar el proceso.) Controlar el tiempo que la muestra se encuentra expuesta a la llama del mechero.

Tomar el tubo con una inclinación aproximada de 45º y tomar en cuenta que la llama del mechero debe ser azul.

Tomar por lo menos cuatro decimales para considerar peso constante. Determinar la humedad de la bentonita. Con la siguiente formula:

%humedad=|W humedo−W seco

W seco|∗100%

c) Preparación del lodo:Material utilizado:

INSTRUMENTOSProbeta

Vaso precipitado

Balanza digital

REACTIVOSAgua

Bentonita

Realización de la prueba experimental del lodo Sacar las cantidades a emplearse en el lodo de bentonita y agua a emplearse en el

lodo con los datos ya dados en la determinación del problema. Ya con las cantidades exactas de bentonita y agua se procede a mezclar las dos

sustancias para formar un lodo bentónico de base agua en un vaso precipitado o en un recipiente de vidrio.

Después de mezclarlos bien sacar una pequeña muestra para la determinación de su densidad atreves de una probeta y pesándolo en una balanza digital.

Determinar el ph del lodo en un (PH peachimetro) Teniendo en cuenta

Lavar el peachimetro con agua en gran cantidad Esperar a que el ph sea igual a la del agua (7) Introducir el lodo al peachimetro Esperar hasta que el dato sea constante

5. Datos experimentales.-

5.1) Valoración o titulación:Nº Volumen

del HCl (ml)

Volumen del NaOH (ml)

Concentración NaOH ( N)

Concentración HCl ( N)

pH de la solución resultante

1 5 5,7 0,1 0,5 9,52 5 5,5 0,1 0,5 10,53 5 6,1 0,1 0,5 9,084 5 5,9 0,1 0,5 9,345 5 5 0,1 0,5 9,086 5 5,5 0,1 0,5 8,67 5 28,2 0,01 0,5 9,48 5 11 0,1 0,5 8,49 5 5 0,1 0,5 9,9910 5 5,5 0,1 0,5 8,6

Datos validos

Nº Volumen del HCl (ml)

Volumen del NaOH (ml)

Concentración NaOH ( N)

Concentración HCl ( N)

pH de la solución resultante

1 5 5,7 0,1 0,5 9,52 5 5,5 0,1 0,5 10,53 5 6,1 0,1 0,5 9,084 5 5,9 0,1 0,5 9,345 5 5 0,1 0,5 9,086 5 5,5 0,1 0,5 8,67 5 5 0,1 0,5 9,998 5 5,5 0,1 0,5 8,6Promedio

5 5,525 0,1 0,5 9,34

5.2) Determinación de la humedad de la bentonita:Lecturas de la bentonita realizando la prueba de secado:Nº Peso del recipiente Peso de la

bentonita húmedaPeso de la bentonita seca

1 88,22 3,97 3,262 88,22 10,02 8,433 192,82 10,2 8,284 87,58 10,64 9,325 192,82 3,89 3,216 88,22 10,02 8,43

Datos validos

Nº Peso del recipiente Peso de la bentonita húmeda

Peso de la bentonita seca

1 88,22 3,97 3,262 88,22 10,02 8,433 192,82 10,2 8,284 87,58 10,64 9,325 192,82 3,89 3,216 88,22 10,02 8,43promedio 8,12 6,82

5.3) Preparación del lodo:N° Masa de lodo

(gr)Volumen del

lodo (ml)pH experimental del lodo

Densidad del lodo teórica (ppg)

1 38,02 36,53 8,51 8,682 108 100 9.0072 8,683 49,58 59 8,3 8,684 101,62 - 8,63 8,685 6.51 97.415 8.30 8,686 20,48 20 8,3 8,687 99,79 100 8,4 8,688 104,01 101,94 8,75 8,689 192,82 97,58 8,3 8,6810 20.48 20 8.3 8,68

Datos validos

N° Masa de lodo (gr)

Volumen del lodo (ml)

pH experimental del lodo

Densidad del lodo teórica (ppg)

1 38,02 36,53 8,51 8,682 108 100 9.0072 8,683 49,58 59 8,3 8,684 101,62 100 8,63 8,685 20,48 20 8,3 8,686 99,79 100 8,4 8,687 104,01 101,94 8,75 8,688 20.48 20 8.3 8,68Promedio 67,74 67,18 8,525 8,68

6. Cálculos y resultados.-

6.1) Valoración o titulación:Calculo de la concentración del HCl

CHCl=C NaOH∗V NaOH

V HCl

=0.1N 5.525ml5ml

=0.1105N

Calculo de error de la concentración del HClCteorico= 0.5N

%e=|C exp−C teo|

Cteo∗100=

|0.1105−0.5|0.5

∗100=77.9

Calculo de error del pH pHteorico=8.3

%e=|pH exp−pH teo|

pH teo

∗100=|9.34−8.3|

8.3∗100=12.53

6.2) Determinación de la humedad de la bentonita:Determinación del porcentaje de humedad de la bentonita:

W húmedo=8,12gr

W seca=6,82 gr

%humedad=|W humedo−W seco

W seco|∗100%

%humedad=|8,12−6,826,82 |∗100%%humedad=19,062%

6.3) Preparación del lodo:ρexp=(67,74 /67,18)

ρlodo exp=1,0083grml

ρlodo exp=8,41lbgal

ρlodoteo=8,68lbgal

% e=[ 8,41−8,688,68 ]∗100% e=3,11

Mida el PH con ayuda de un peachimetro digital y calcule la cantidad de solución 0,5N de HCL que debe agregar para que el PH sea 8 y agregue al lodo agitado, luego, vuelve a medir el PH

¿¿

¿= 2∗10−6

¿= 1∗10−6

∆ [OH ]=2.355∗10−6

∆ [OH ]=1∗10−6∗0,097=2,28∗10−8

C1=2,28∗10−8

0,097=2,355∗10−6

V 2=2,355∗10−6

0,5=0,00000471 l=0,00471ml

7. Posibilidades de aplicación en los campos de Interacción e Investigación Universitaria.-

Es muy importante determinar el pH (potencial de hidrogeno) de una solución para conocer la basicidad o acidez de diferentes sustancias para aplicarlas en el campo de Determinar la humedad de las diferentes sustancias a utilizar en la preparación de lodos para conocer claramente esta La preparación de lodos base agua con sustancias diferentes a las normadas por las normas API.

8. Conclusiones.-

Estudiante Conclusiones1. Clemente

Canchi David- En el cálculo de error en la valoración de determinación de la concentración es erróneaY el cálculo de pH es factible -En la determinación de la humedad el secado se debe hacer lentamente para que los cálculos sean razonables y obtener datos aceptables -En la preparación del lodo de perforación la muestra tomada de bentonita debe ser lo más exacto posible asi para tener datos razonables en la determinación de densidad

2. Guillen Cruz Jose Alberto

En la prueba de realización de lodo (agua + bentonita) se observó que la variación de densidades teórica y experimental estuvo entre un margen de error aceptable (3%) incluso después de usar una bentonita nativa (impurezas) no industrial y el cálculo del pH lo propio.La corrección del pH no fue con NaOH si con HCl a una gran concentración (0,5N) lo cual se tuvo que utilizar una pequeña cantidad de HCl para corregirlo.El equipo usado en la práctica estuvo con un rango aceptable

3. Olivera Arancibia Gonzalo

-En la prueba de titulacion el error es elevado debido a la concentración de HCl.En la determinación de la humedad la masa de la bentonita va reduciendo a medida que se aplica el calor en función del tiempo hasta un peso constante.

9. Observaciones.-Estudiante Observaciones

4. Clemente Canchi david

- En la valoración se ve el cambio de color cuando hay un cambio de concentración y cambio de pH-Se observó que en la preparación del lodo que la densidad varía de acuerdo a la exactitud de la toma de peso de la bentonita-En la valoración se ve el error a causa de la toma de datos erróneos del gotero-Se observó que la masa de la bentonita cambio respecto al tiempo que se lo daba calor

5. Guillen Cruz Jose Alberto

. En la prueba de determinación de la densidad tiene un error (negativo). Esto indica que la cantidad de agua insertada a la bentonita fue muy alta por una mala lectura en las probetas.

En la lectura del pH se pudo observar que el peachimetro no estuvo bien calibrado no daba un pH constante

6. Olivera Arancibia Gonzalo

-en el experimento empleado de la titulación se observó cómo cambio el color de la solución con el aumento de NaOH, también subió el PH.-en la determinación de la humedad se observa que la bentonita tiene cierta cantidad de contenida de agua.

10. Sugerencias y comentarios.-Estudiante Sugerencias y Comentarios

7. Clemente Canchi David

-En el laboratorio hace falta la implementación de más equipos por ejemplo un mechero más material de vidrio.- En el laboratorio hay estudiantes que no hacen la experimentación sugiero que debería repartirse en menos personas los grupos- Con respecto a los test debería haber más preguntas y que todos los estudiantes realicen las prácticas de laboratorio-Se sugiere que en los informes deberíamos presentar videos y también más investigación del internet claro que sean apropiados

8. Guillen Cruz . Se observó que no había en gran cantidad vasos precipitados tubos para todos los grupos en la toma de datos de los otro grupos se observó que no pudieron trabajar con

Jose Alberto toda la cantidad requerida de bentonitaLa falta de equipamiento en el laboratorio perjudica ya que no tenemos ni garrafas ni mecheros bumsen esenciales para la realización de las prácticas de laboratorio Mayor atención de las autoridades para el suministro básico de los instrumentos de laboratorio

9. Olivera Arancibia Gonzalo

-en el laboratorio falta material para realizar una buena practica -Sugiero que debemos acudir a las autoridades de para la implementación de material y equipos que ayuden a que el estudiante tenga una buena practica y asi el docente pueda ser más estricto a los errores.

¿La titulación es aplicable a un lodo usado en perforación y/o de color oscuro? ¿Cómo podría proceder en este caso?No porque no se podría diferenciar el cambio de color.¿Es importante la corrección del % de humedad de la bentonita? JustificarSi porque mejora el rendimiento de la bentonita.¿Cómo varia el pH en las pruebas a y c?La variación es de 1,35 de a con respecto a c.¿Por qué se dan los niveles de error calculados?Para a: por la concentración del hidróxido de sodio.Para c: porque la cantidad de bentonita y agua no fue exacto.Se logró calcular el pH de la solución de cloruro de hidrogeno 0.5 N con 3 gotas de fenolftaleína con una solución de hidróxido de sodio 0.1 N, obteniendo el pH de la solución con una variación del 10% esto debido a la concentración del hidróxido de sodio de 0.1 N.En el secado de la bentonita se realizaron ocho pruebas con un intervalo de 15 minutos entre cada una, se logró mantener constantes tres decimales para terminar con el secado de la bentonita esta operación nos permitió determinar la humedad de la bentonita que fue del 19, 062%.Se determinó calcular la densidad del lodo bentónico, este valor fue aproximado al valor teórico y lo propio con el pH, debido a la utilización correcta del material disponible en la realización de la práctica.

11. Bibliografía.-

Javier (24 de agosto de 2010) química general y tecnológica disponible en ing.unne.edu.ar/pub/quimica/ab2/TP3.pdf

Ingeniero Gómez M. (mayo 2013) Titulación o valoración de soluciones disponible en http://es.slideshare.net/mgomezbd1/valoracin-de-soluciones

QuimiNet.com (14 de marzo de 2012) usos y aplicaciones de las bentonitas disponible en http://www.quiminet.com/articulos/usos-y-aplicaciones-de-las-bentonitas-7708.htm

Tomas Bradanovic P (26 de agosto de 2007) arcillas y bentonitas disponible en http://www.bradanovic.cl/fortuna/bentonita.pdf

Catarina (18 de agosto de 2003) determinación de humedad disponible en http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/laec/maldonado_z_r/apendiceQ.pdf

Miliarium (2004) lodos de perforación disponible en http://www.miliarium.com/proyectos/estudioshidrogeologicos/anejos/metodosperforacion/lodos_perforacion.asp

Tabla de Contenido1. Objetivo de la práctica.-.................................................................................................2

2. Objetivos particulares.-..................................................................................................2

3. Fundamento teórico.-.....................................................................................................2

4. Método experimental empleado.-...................................................................................4

5. Datos experimentales.-..................................................................................................8

6. Cálculos y resultados.-...................................................................................................9

7. Posibidades de aplicación en los campos de Interacción e Investigación Universitaria.-......................................................................................................................10

8. Conclusiones.-.............................................................................................................11

9. Observaciones.-...........................................................................................................11

10. Sugerencias y comentarios.-....................................................................................11

11. Bibliografía.-.............................................................................................................12