Equipos de Control de Sólidos: Zarandas


Guía de Zarandas (Shale Shakers) en el Campo Petrolero (Shale Shakers In Oilfield Guide)

Este artículo proporciona una guía general sobre las zarandas (shale shakers), destacando su papel como el primer y más importante equipo en el sistema de control de sólidos.

  • Mecanismo: Son mallas vibratorias. El lodo que regresa del pozo (cargado de recortes) se vierte sobre ellas. La vibración hace que el lodo líquido y los sólidos finos pasen a través de la malla, mientras que los sólidos gruesos (recortes) son transportados por la vibración hasta el final de la zaranda y son descargados.


  • Aplicaciones:

    • Son la primera línea de defensa. Ningún otro equipo (desarenador, deslimador, centrífuga) puede manejar el volumen total de recortes que viene del pozo.

    • En lodos no densificados (sin barita), su objetivo es remover la mayor cantidad de sólidos posible para reducir la carga en los equipos aguas abajo (hidrociclones).

    • En lodos densificados (con barita), la zaranda es el único dispositivo de control de sólidos que se utiliza para remover los recortes. Esto se debe a que la zaranda separa por tamaño físico, mientras que los hidrociclones y centrífugas separan por masa/densidad. Si se usara un hidrociclón en lodo densificado, removería la valiosa barita junto con los recortes.


  • Tipos de Zarandas:

    • Plataforma Única (Single Deck): El diseño más antiguo.

    • Plataforma Doble (Double-deck): El estándar moderno. Tienen una malla superior más gruesa (scalping) y una malla inferior mucho más fina (p.ej., malla 150), lo que aumenta la eficiencia de remoción.

    • Plataforma Múltiple (Multiple deck): Diseños de alta capacidad con múltiples mallas en serie.


  • Consejos de Configuración (Setting up Tips):

    • Usar suficientes zarandas para poder correr mallas finas (malla 100 o más fina).

    • La meta es cubrir del 75% al 80% de la superficie de la malla con lodo (el "charco"). Si se cubre menos, no se está usando toda la capacidad; si se cubre más (hasta el final), se está perdiendo lodo.

    • Nunca se debe "bypass" (saltar) la zaranda ni operar con mallas rotas. Esto es la causa principal de taponamiento en los hidrociclones.

    • Verificar la dirección de rotación del motor.

    • La línea de flujo debe entrar por el fondo del "possum belly" (caja de alimentación) para evitar que los sólidos se asienten allí.


  • Limitaciones: El rendimiento de una zaranda está limitado por dos factores:

    1. Límite de Fluido (Fluid Only Capacity): El caudal máximo de líquido que puede pasar por la malla antes de desbordarse.

    2. Límite de Sólidos (Solids Limit): La cantidad máxima de sólidos que la zaranda puede transportar y descargar.



Diseño y Rendimiento de las Zarandas (Shale Shaker Design Performance)


Este artículo analiza los factores de diseño que determinan el rendimiento de una zaranda (shale shaker), el equipo primario de control de sólidos. El rendimiento depende del patrón de vibración, la configuración de la plataforma, las mallas y las propiedades del lodo.

El factor de diseño más importante es el Patrón de Vibración:

  • 1. Movimiento Circular (Circular Motion):

    • Diseño: Un vibrador balanceado ubicado en el centro de gravedad (CG) de la canasta.

    • Rendimiento: La canasta se mueve en un círculo uniforme. No es eficiente para mover sólidos "cuesta arriba", por lo que la plataforma suele estar horizontal o inclinada hacia abajo. Es bueno para procesar recortes pegajosos (gumbo) y para usarse como "scalping" (remoción de sólidos grandes).


  • 2. Movimiento Elíptico Desbalanceado (Unbalanced Elliptical Motion):

    • Diseño: Los vibradores se ubican por encima del CG de la canasta.

    • Rendimiento: Esto crea un movimiento de "balanceo" o cabeceo. La vibración en el extremo de alimentación empuja los sólidos hacia adelante, pero en el extremo de descarga la vibración apunta hacia atrás. Para compensar, la plataforma debe estar inclinada "cuesta abajo". Esto limita la capacidad de manejo de fluido pero es bueno para gumbo.


  • 3. Movimiento Lineal (Linear Motion):

    • Diseño: Utiliza dos vibradores de contra-rotación.

    • Rendimiento: Las fuerzas horizontales se anulan, resultando en un movimiento "lineal" neto, usualmente en un ángulo de 45-50°. Este diseño tiene la mejor capacidad de transporte de sólidos y puede moverlos "cuesta arriba". Esto permite que la zaranda opere con una inclinación hacia arriba, creando una "piscina" de lodo en el extremo de alimentación, lo que aumenta la capacidad de manejo de fluido (alto rendimiento) y permite usar mallas más finas.

    • Desventaja: Es el peor diseño para procesar gumbo, ya que la fuerte aceleración y el movimiento lineal tienden a "pegar" el gumbo a la malla.


  • 4. Movimiento Elíptico Balanceado (Balanced Elliptical Motion):

    • Diseño: Introducido en 1992, usa dos vibradores de contra-rotación (similar al lineal) pero con diferentes masas o ángulos.

    • Rendimiento: Produce un movimiento elíptico uniforme en toda la canasta. Es un buen diseño de uso general, combinando un buen transporte de sólidos con una buena capacidad de fluido.


Otros Factores de Diseño

  • Aceleración (Fuerza G): La magnitud de la vibración (usualmente 2.5 - 7.0 G's). Más G's limpian mejor la malla y secan más los recortes, pero reducen drásticamente la vida útil de la malla.

  • Frecuencia (RPM) y Carrera (Stroke): La mayoría de las zarandas operan a 1200 o 1800 RPM. Pruebas de laboratorio muestran que una menor frecuencia (RPM) con una carrera más larga (mayor amplitud) a menudo mejora la capacidad de procesamiento.

  • Ángulo de la Plataforma (Deck Angle): Las zarandas lineales pueden operar con ángulos cuesta arriba (p.ej., +3°) para maximizar la capacidad de fluido.

  • Sujeción de Mallas (Screen Fastening):

    • Tiras de Gancho (Hook Strip): El tipo más común, donde la malla se tensa en la plataforma mediante ganchos laterales.

    • Marco Rígido (Rigid Frame): Paneles pre-tensados en un marco que se fijan a la plataforma.




Diseño, Especificaciones y Consejos para Mallas de Zaranda (Shale Shaker Screens Design Specifications Good Tips)

Este artículo se enfoca específicamente en las mallas, el componente consumible y crítico de la zaranda.

  • Efectividad de la Malla: Determinada por dos factores:

    1. Tamaño de Malla (Mesh Size): El número de aberturas por pulgada lineal. Un error común es pensar que "malla 80" es un tamaño estándar. Puede ser 80x80 (cuadrada) o 70x30 (rectangular). Las mallas de múltiples capas complican esta definición.

    2. Diseño de la Malla:

      • 2D (Planas): Paneles planos tradicionales.

      • 3D (Corrugadas): Mallas con un diseño corrugado (ondas, pirámides). Esta forma aumenta el área de superficie total de la malla, permitiendo un mayor manejo de fluido.


  • Especificaciones API (API RP 13C):

    • Debido a la confusión con el "mesh size", el API creó un estándar (API RP 13C) para clasificar las mallas.

    • Las mallas ahora se etiquetan con un "Número de Malla API" (p.ej., API 100, API 140, API 200).

    • Este número corresponde a la Separación D100 (en micrones). Por ejemplo, una malla "API 100" (que corresponde a 137.5 - 165.0 micrones) garantiza que ninguna partícula (D100) mayor a 165 micrones pasará a través de ella.


  • Otras Especificaciones Clave:

    • Potencial de Separación (Separation Potential): Define la "agudeza" del corte. Se mide con d16, d50 y d84. Un d50 de 100 micrones significa que la malla remueve el 50% de las partículas de 100 micrones. Una malla ideal tiene una relación d84/d16 cercana a 1.0 (un corte muy agudo).

    • Capacidad de Flujo (Flow Capacity): Mide cuánto fluido puede pasar. Se compone de la Conductancia (la permeabilidad de la malla) y el Área No Bloqueada (el área abierta real, en pies cuadrados).


  • Problemas Comunes de las Mallas:

    • Cegamiento (Blinding): Ocurre cuando granos de sólidos (típicamente arena fina) se alojan dentro de las aberturas de la malla, taponándolas. La malla se siente como papel de lija.

    • Taponamiento (Plugging): Ocurre cuando material blando (como arcilla o gumbo) se "embarre" (plastering) sobre la superficie de la malla, bloqueando el flujo.

    • Remedios: Lavar con alta presión, o cambiar a una malla temporalmente más gruesa o más fina (para cambiar la distribución de tamaño y desalojar los granos).

  • Aumento de la Vida Útil: Mantener las mallas limpias, manejarlas con cuidado al instalarlas y, lo más importante, asegurarse de que estén correctamente tensionadas.

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Guía de zarandas vibratorias en yacimientos petrolíferos

Guía de Shale Shakers (Zarandas) en el Campo Petrolero 👷‍♀️🔩


Este artículo es una guía general sobre los Shale Shakers (zarandas vibratorias), describiéndolos como el primer y más importante 🥇 equipo en el sistema de control de sólidos. Ningún otro equipo (desarenadores, deslimadores, centrífugas) puede funcionar eficientemente sin que el lodo pase primero por las zarandas.

Función Principal:

Las zarandas son el único dispositivo que separa los sólidos basándose en su tamaño físico 📏 (los sólidos más grandes que las aperturas de la malla son descartados).
El lodo y los sólidos finos pasan a través de las mallas y regresan al sistema activo. 🔄
En lodos sin peso, su rol es remover tantos sólidos como sea posible para reducir la carga en los hidrociclones.
En lodos con peso (con Barita), la zaranda es el único dispositivo de remoción primaria, ya que los hidrociclones también descartarían la valiosa barita.

Tipos de Zarandas:

Single Deck (Cubierta Única): 1️⃣ Una sola superficie de mallas.
Double Deck (Cubierta Doble): 2️⃣ Dos niveles de mallas. Una malla gruesa arriba (para "escalpar" o remover sólidos grandes) y una malla fina debajo.
Multiple Deck (Cubierta Múltiple): 3️⃣ Múltiples mallas (3 o 4) en serie, una tras otra, en una sola cubierta.


Rendimiento y Diseño:

El rendimiento (volumen de fluido que puede procesar) depende del tamaño de las aperturas de la malla, el área de malla abierta, la velocidad/amplitud de la vibración y el tipo de moción.
El Movimiento Lineal 📈 es el preferido hoy en día por su alta capacidad de procesamiento y transporte de sólidos.
Estimación de Cuántas Zarandas se Necesitan:
El artículo incluye una tabla de regla de oro 📊 que estima el número de zarandas lineales necesarias según el caudal de la bomba (GPM) y la viscosidad del lodo.

Ejemplo: A 1000 GPM con un lodo de 20 cP, se necesitarían 3 zarandas.


Limitaciones:

La capacidad de una zaranda tiene dos límites:
Límite de Fluido: 🌊 El caudal máximo de lodo que la malla puede aceptar antes de que el lodo comience a desbordarse por el final.
Límite de Sólidos: 🧱 La cantidad máxima de recortes que la zaranda puede separar y descargar. Si la ROP (tasa de penetración) es muy alta, la zaranda puede verse sobrecargada de sólidos, aunque el caudal de lodo sea bajo.


Consejos Clave: 💡

Cubrir del 75% al 80% de la malla con lodo para maximizar su uso.
No usar "bypass" (saltarse la zaranda) ni operar con mallas rotas 찢어진.
La vibración de la zaranda crea Fuerzas-G ⚡ que ayudan a que el lodo (que es un fluido no newtoniano) pase a través de la malla.


Diseño y Rendimiento del Shale Shaker (Zaranda) 🏗️🌪️


Este artículo analiza el diseño técnico de los Shale Shakers (zarandas vibratorias), el equipo de control de sólidos más importante. El rendimiento 📈 (la capacidad de procesar lodo y remover recortes) depende de varios factores de diseño.

1. Patrones de Vibración: 🌀

La forma en que vibra la "cesta" de la zaranda determina cómo se mueve el lodo y los sólidos. 

Hay cuatro patrones básicos:
Movimiento Circular: 🔄 El vibrador está en el centro de gravedad. Es un movimiento "suave" que es bueno para procesar sólidos pegajosos como el "gumbo" 💩, pero no es eficiente para mover sólidos cuesta arriba. Generalmente opera horizontal.

Movimiento Elíptico Desbalanceado: 🥚 Los vibradores están por encima de la cesta. La vibración cambia a lo largo de la malla. Requiere una inclinación cuesta abajo (downhill) 📉 para descargar los sólidos, lo que limita la capacidad de procesamiento de líquido.

Movimiento Elíptico Balanceado: 🧐 Un diseño más nuevo que combina las ventajas de los otros.

Movimiento Lineal: 📈 El más común hoy en día. Usa dos vibradores que giran en direcciones opuestas, creando un movimiento lineal fuerte y agresivo.
Ventaja clave: Puede mover los sólidos cuesta arriba (uphill) ⬆️ (ángulo de cubierta de +3° a +5°). Esto permite que se forme una "piscina" 🏊‍♂️ de lodo en la parte trasera, aumentando la presión hidrostática y forzando más líquido a través de la malla. Esto permite usar mallas mucho más finas y tener una alta capacidad de procesamiento de fluido.

Desventaja: No maneja bien el "gumbo" pegajoso.


2. Dinámica de Vibración (Aceleración "G"): ⚡

La magnitud de la aceleración (Fuerza-G) afecta la capacidad y la vida de la malla.
La mayoría de las zarandas operan entre 2.5 y 7.0 G's.
Más G's = más capacidad de procesamiento, pero menor vida útil de la malla. 💔

Frecuencia (rpm) y Carrera (Stroke): La "alta velocidad" (más rpm) no siempre significa mejor rendimiento. A menudo, una frecuencia más baja (ej. 1200 rpm) con una carrera (stroke) más larga funciona mejor que alta frecuencia (ej. 1800 rpm) con carrera corta.


3. Ángulo de la Cubierta (Deck Angle): 📐

Solo relevante para zarandas lineales. Inclinarlas cuesta arriba ⬆️ aumenta la capacidad de líquido ("piscina") pero reduce la velocidad de transporte de sólidos.
Si el ángulo es demasiado alto (>3°), los sólidos pueden acumularse en la piscina y ser "molidos" grinding ⚙️ por la vibración, creando sólidos finos indeseables.


4. Montaje de la Malla (Screen Fastening): 🔩

Paneles de Tira de Gancho (Hook Strip): 🎣 El tipo más antiguo. La malla se tensiona en la zaranda usando ganchos en los lados. La cubierta debe ser curva ("crowned") para mantener la tensión.
Paneles de Marco Rígido (Rigid Frame): 🖼️ El estándar moderno. La malla viene pre-tensionada y pegada a un marco de metal o plástico. Son planas, más fáciles de instalar y ofrecen mejor rendimiento, aunque son más caras.




Este artículo se enfoca específicamente en las mallas (screens), el componente consumible y crítico de las zarandas (shale shakers). La eficiencia de la zaranda depende totalmente de la malla correcta.

1. Efectividad y Diseño de la Malla:

Tamaño de Malla (Mesh Size): 📏 Tradicionalmente, se medía por el número de aperturas por pulgada lineal (ej. malla 80 vs malla 120). Un número más alto significaba aperturas más pequeñas.

Diseño (2D vs 3D):
2D (Planas): 🖼️ Paneles planos, a menudo con 2 o 3 capas de malla (una fina para filtrar, una gruesa de respaldo).
3D (Corrugadas): 📈 Mallas modernas con un diseño corrugado (como "pirámides" o "mesetas"). Esta forma aumenta el área de superficie total de la malla (hasta un 40% más), permitiendo procesar más fluido en el mismo espacio.


2. Especificaciones API (API RP 13C): 🏷️

El antiguo sistema de "mesh" era confuso porque una "malla 100" de un fabricante no era igual a la de otro (debido a diferentes grosores de alambre u aperturas oblongas).
Para estandarizar, API 13C requiere que todas las mallas sean etiquetadas con:

Número de Pantalla API (API Screen Number): Un número que reemplaza al "mesh" (ej. API 100, API 140, API 200).
Separación D100 (Punto de Corte): ✂️ El tamaño, en micrones (μm), de la partícula más grande que puede pasar a través de esa malla. Esto es lo más importante.
Conductancia (Capacidad de Flujo): 💧 Mide qué tan fácil fluye el líquido a través de la malla (en kilodarcies).
Área No Bloqueada (Non-blanked Area): 🏞️ El área total de la malla que está abierta al flujo (en ft² o m²).


3. Problemas Comunes de las Mallas:

Blinding (Cegamiento): 😵 Ocurre cuando granos de sólidos (típicamente arena fina) se atascan y se alojan en las aperturas de la malla. La malla se ve como "papel de lija" y el lodo deja de pasar.
Solución: Cambiar a una malla ligeramente más fina o más gruesa para que los granos no tengan el tamaño "perfecto" para atascarse.
Plugging (Taponamiento): 💩 Ocurre cuando material suave y pegajoso (como arcillas "gumbo") se "embarran" sobre la superficie de la malla, bloqueándola por completo.
Solución: Lavar con alta presión 💦 o cambiar temporalmente a mallas más gruesas.


Consejos para Aumentar la Vida Útil de la Malla: ❤️

Mantener las mallas limpias.
Instalarlas con cuidado (son frágiles).
Asegurar la tensión correcta (en sistemas de gancho).
No sobrecargar las mallas (controlar ROP).
No operar las zarandas "en seco" (sin lodo), la vibración daña la malla.

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