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:

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.
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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