CONTROL DE SÓLIDOS EN PERFORACIÓN DIAMANTINA (Parte 1)
La recirculación de recortes en perforación diamantina es un problema recurrente y es probablemente el factor mas importante de problemas en el hoyo y falla de herramientas.
El uso de piletas de sedimentación naturales (pozas o piscinas en el piso) en general agrava el problema.
Un control efectivo de sólidos es por lo tanto un factor crítico en cualquier operación de perforación.
Revisaremos algunos aspectos teóricos generales y propuestas de solución prácticas para este problema.
VELOCIDAD DE GENERACIÓN DE RECORTES
Es raro encontrar en operaciones a personal involucrado en perforación (perforistas, supervisores) que sepan que cantidad de recortes se están generando durante la perforación.
La masa de estos recortes, dependerá del área de corte (área kerf) de la herramienta de perforación y de la densidad de la roca perforada.
A continuación, se muestra una tabla, donde se indican la masa de recortes generados por metro, para los diámetros de corte más usados en perforación diamantina.
Es impresionante la cantidad de recortes que se generan durante la perforación y en el caso de perforación diamantina lo es aun mas, por el hecho que estos recortes son muy finos, lo que representa un gran desafío su remoción del sistema. Su eliminación para evitar ser recirculados es por lo tanto un factor crítico.
NATURALEZA DE LOS SÓLIDOS PERFORADOS
El tamaño de los solidos generados durante la perforación dependerá del método de perforación, de las características de la roca perforada, de la dinámica del fluido, etc.
La tabla a continuación muestra la clasificación general aceptada respecto a los sólidos por tamaño.
En operaciones de perforación que se realizan con triconos o brocas PDC, el recorte generado varia en tamaño desde fino a coarse (grueso) con una pequeña proporción de ultrafinos, por lo tanto, la remoción de recortes se da mayoritariamente por una combinación de separadores de naturaleza mecánica (hidrociclones, zarandas, desarenadores, deslimadores y en algunos casos centrifugas).
Cada uno de estos equipos separa en forma progresiva de mayor a menor tamaño un gran porcentaje de los sólidos generados, permitiendo recircular el lodo por grandes espacios de tiempo usando un mínimo de dilución.
En las operaciones de coreo[2] sin embargo, los solidos perforados entran mayoritariamente en la categoría de ultrafino y coloidal, lo que hace necesario el uso de grandes piletas que permitan un "tiempo de residencia[3]" prolongado que facilite la sedimentación.
En años recientes ha habido una tendencia creciente a la eliminación de las "pozas naturales" (las que se construyen en el suelo) para reducir el impacto ambiental y también reducir los costos de rehabilitación. Estas pozas han sido reemplazadas por tanques de materiales tales como plástico, fibra, aluminio, etc que favorezcan los aspectos logísticos, pero que en contrapartida deben ser construidos en volúmenes pequeños para favorecer su manipulación y traslado.
El tamaño reducido de estos depósitos (500-5000 lts), hacen que el proceso de sedimentación sea pobre y que la tasa de recirculación de recortes sea alta.
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[1] 1 Micrón es igual a 0.001 mm. 1 mm es igual a 1000 Micrones
[2] Perforación de exploración con recuperación de núcleo.
[3] Tiempo
que dura el fluido en una pileta o piscina antes de pasar a la otra o ser
succionado por la bomba.
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VELOCIDAD DE SEDIMENTACION DE RECORTES
La velocidad de sedimentación de recortes en un fluido en reposo, puede determinarse a través de la ley de stoke que en su forma más simple bien dada por:
Dónde:
- Vs = Velocidad de sedimentación (m/s)
- g = aceleración de la gravedad (m/s²)
- r = Diámetro del recorte (m)
- Pc = Densidad del recorte (kg/m³)
- Pm =Densidad del lodo (kg/m³)
- U =Viscosidad del lodo (Pa*s)
A partir de la ley de stoke, se pueden inferir algunas conclusiones a priori:
- A mayor tamaño, mayor velocidad de sedimentación
- A mayor densidad del recorte, mayo velocidad de sedimentación
- A mayor viscosidad del fluido, menor velocidad de sedimentación
- A mayor densidad del fluido, menor velocidad de asentamiento
Podemos entender entonces porque el uso de polímeros floculantes (al favorecer la coagulación y/o floculación) mejora la velocidad de asentamiento porque aumenta el tamaño de la partícula. Así mismo podemos interpretar el porque el uso de desarenadores, deslimadores, hidrociclones, entre otros, es efectivo porque al incrementar "artificialmente" el valor de "g" aumenta en gran medida la velocidad de sedimentación.
Continuará....