Equipos, procedimientos y control de calidad en pruebas de lodo de perforación

Objetivos de las pruebas y su integración operacional
Evaluar densidad, viscosidad, filtrado, pH, solidos, contenido de arcilla, dureza iónica y presencia de cloruros o contaminantes para ajuste de formulaciones y toma de decisiones en perforación.
Equipos comunes y su función
- Densímetro (mud balance): mide peso específico del lodo.
- Viscosímetro (Fann o Marsh): mide viscosidad aparente y plasticidad a distintas velocidades de corte.
- Filtrómetro (APIfilter press o OFITE): determina pérdida de filtrado y espesura del filtro.
- pH‑metro: controla alcalinidad y estabilidad química.
- Conductímetro y medidor de cloruros: cuantifica sales y cloruros.
- Refractómetro: determina concentración de glicoles o sólidos disueltos.
- Equipo para methylene blue, dureza y K+: ensayos colorimétricos o titulaciones específicas.
- Centrífuga, tamiz, balanza y termómetro: para preparación y control de muestras.
Procedimientos operativos estándar (SOP) clave
- Calibración diaria o periódica de instrumentos;
- acondicionar la muestra a temperatura especificada;
- realizar réplicas y controles de calidad;
- registrar condiciones ambientales;
- usar estándares de referencia;
- limpiar y secar accesorios entre muestras.
Control de calidad y trazabilidad
- Uso de estándares certificados;
- realización de blancos y duplicados;
- límites de aceptación; acciones correctivas documentadas;
- trazabilidad de lote de reactivos y calibraciones.
Preparación de la muestra y pasos críticos
- Mezclar homogéneamente sin aireación excesiva;
- decantar o tamizar si se requiere;
- medir rápidamente propiedades sensibles (pH, viscosidad) tras toma de muestra;
- anotar tiempo desde toma hasta análisis.
Interpretación básica y decisiones prácticas
- Valores fuera de rango llevan a ajustar densidad (barita/sal), modificar alcalinidad (soda cáustica, carbonatos), cambiar dosis de viscosificantes o eliminar contaminantes.
- Los resultados alimentan la estrategia de control de pozo y optimización de rendimiento.

Equipos y Procedimientos para las Pruebas Físicas de Lodo de Perforación

Este artículo describe el equipo y los procedimientos estandarizados, basados en la norma ANSI/API RP 13B-1 / ISO 10414-1, utilizados para evaluar las propiedades físicas de los lodos de perforación base agua (y algunos aplicables a lodo base aceite).

1. Propiedades Físicas

Propiedad	Equipo de Prueba	Propósito y Notas Clave
Densidad (Peso del Lodo)	Balanza de Lodo API y Balanza de Lodo Presurizada	La balanza API se utiliza para sistemas de lodo más sencillos. La balanza presurizada es preferida para intervalos más profundos, ya que ofrece resultados más precisos al minimizar errores causados por la aireación y la compresibilidad del fluido.
Viscosidad	Embudo Marsh	Es un equipo simple que mide la viscosidad de embudo. El lodo se vierte a través de un tamiz para quitar los sólidos. La viscosidad se registra como el tiempo (en segundos) que tarda un cuarto de galón (946 ml) de lodo en fluir por el tubo de descarga.
Reología	Viscosímetro (Reómetro)	Mide la resistencia del fluido al flujo y se utiliza para determinar la viscosidad aparente, la viscosidad plástica, el punto de cedencia y las resistencias de gel. El instrumento funciona rotando un manguito exterior alrededor de un cilindro interior (bob) a velocidades seleccionadas.

2. Pérdida de Fluido

Propiedad	Equipo de Prueba	Propósito y Notas Clave
Pérdida de Fluido (Baja Presión)	Filtro Prensa API (solo para lodos base agua)	Evalúa la pérdida de fluido en condiciones de baja presión y temperatura ambiente.
Pérdida de Fluido (Alta Presión/Alta Temperatura)	Filtro Prensa HPHT	Es útil para determinar la calidad de la emulsión en lodos base aceite. La presencia de "agua libre" en el filtrado indica una emulsión débil, sugiriendo la necesidad de agregar más emulsionantes.

3. Contenido de Sólidos

Propiedad	Equipo de Prueba	Propósito y Notas Clave
Contenido de Arena	Kit de Contenido de Arena	La determinación del contenido de arena es crucial. Un porcentaje alto puede llevar a la formación de una torta de filtración gruesa, la sedimentación de arena en el pozo al apagar las bombas y una abrasión excesiva de las bombas y las conexiones de tubería.
Contenido de Aceite, Agua y Sólidos	Análisis de Retorta	Las retortas (disponibles en 10, 20 o 50 ml, siendo la de 50 ml más precisa) se utilizan para medir el porcentaje de aceite, agua y sólidos. Es vital asegurar que los tubos de descarga no estén obstruidos para evitar la acumulación de presión en la cámara.

1. Medición de Propiedades Físicas

La densidad del lodo se puede medir con dos herramientas: la Balanza de Lodo API, adecuada para lodos más simples, y la Balanza de Lodo Presurizada, preferida para intervalos más profundos. Esta última ofrece resultados más exactos al mitigar los errores causados por el aire incorporado y la compresibilidad del fluido.

Para medir la viscosidad, se emplea el Embudo Marsh. Este es un dispositivo simple donde la viscosidad se determina midiendo el tiempo (en segundos) que tarda un volumen específico de lodo en fluir, después de pasar por un tamiz para remover sólidos. Cuanto más espeso es el lodo, más tiempo toma el flujo.

La reología del fluido (que incluye viscosidad aparente, viscosidad plástica, punto de cedencia y resistencias de gel) se determina con un Viscosímetro (o Reómetro). Este aparato mide la resistencia del fluido al flujo mediante un cilindro interior (bob) que es contenido por un manguito exterior que rota a diferentes velocidades.

2. Pruebas de Pérdida de Fluido

La pérdida de fluido a baja temperatura y presión se evalúa mediante el Filtro Prensa API, que es específico para lodos base agua.

Para condiciones más extremas, se utiliza el Filtro Prensa HPHT (Alta Presión y Alta Temperatura). Este equipo es útil en lodos base aceite, ya que la aparición de "agua libre" en el filtrado es un indicador de una emulsión débil, lo que señala la necesidad de añadir más emulsionantes.

3. Análisis de Sólidos

Es fundamental medir el contenido de arena del lodo. Un alto porcentaje de arena es problemático: puede generar una torta de filtración gruesa, causar sedimentación en el fondo del pozo al detener las bombas y provocar una abrasión excesiva del equipo de perforación.

Finalmente, el Análisis de Retorta se utiliza para cuantificar el contenido de aceite, agua y sólidos. Existen diferentes tamaños (10, 20 o 50 ml), siendo la retorta de 50 ml la más precisa. Es una precaución importante asegurarse de que los tubos de descarga estén despejados para prevenir la acumulación de presión interna.

Recordatorio de Seguridad: Antes de realizar cualquiera de estas pruebas, siempre es crucial revisar las precauciones de seguridad relacionadas con el manejo del equipo y los químicos.

MAS INFORMACION

Drilling Mud Testing Equipment & Procedures | Physical

pH en lodo de perforación: procedimiento de ensayo y control

Importancia del pH El pH influye en estabilidad química del lodo, eficiencia de polímeros y tensioactivos, corrosión del equipo y compatibilidad con formaciones; controla reactividad de aditivos y la solubilidad de ciertos compuestos.
Rango típico y objetivos Lodos base agua suelen controlarse entre pH 8–11 según formulación; lodos a base aceite o sintéticos requieren control específico. Mantener pH estable para preservar propiedades reológicas y evitar precipitaciones.
Método de medición (pH‑metro) Calibración con dos o tres estándares trazables (pH 4, 7 y 10) antes del uso; enjuague de electrodo con agua destilada; sumergir electrodo en muestra homogeneizada a temperatura ambiente; esperar estabilización y registrar lectura; limpiar y almacenar el electrodo en solución de almacenamiento.
Alternativas: tiras indicadoras y colorimetría Tiras rápidas para comprobaciones de campo con menor precisión; kits colorimétricos útiles donde no hay pH‑metro, pero sujetos a error por color del lodo.
Fuentes de error y cómo minimizarlas Contaminación del electrodo; muestras demasiado calientes o frías; tardanza entre toma y lectura; presencia de sólidos que cubran el electrodo; calibraciones vencidas. Control mediante SOP y controles de calidad.
Acciones correctivas basadas en pH pH bajo: añadir alcalinizantes (carbonato de sodio, hidróxido de sodio) gradualmente y re‑medir. pH alto: añadir acidificantes (ácido clorhídrico diluido u otros ácidos acondicionados) con cuidado y medidas de seguridad. Registrar dosis, tiempo y efecto.
Seguridad y manejo de reactivos Manejar ácidos y bases con EPP; neutralizar derrames y disponer de contenedores para residuos.

PF y MF: medición de alcalinidad en fluidos de perforación

Definición y significado PF (Phenolphthalein Alkalinity) mide alcalinidad de fuerza débil y base a un punto de viraje con fenolftaleína; MF (Methyl Orange o total alkalinity) mide alcalinidad total hasta el punto con indicador rojo de metilo u otros, representando capacidad total de neutralización.
Por qué medir ambos Diferenciar la fracción de alcalinidad disponible para ciertas reacciones, identificar presencia de carbonatos, bicarbonatos y OH‑, y ajustar tratamiento de lodo, especialmente cuando se usan baritas, bicarbonatos, o cuando la alcalinidad afecta a aditivos.
Procedimiento general de titulación Tomar muestra conocida; añadir indicador adecuado (fenolftaleína para PF y metilo naranja o rojo de metilo para MF); titular con ácido estándar (normalmente HCl 0.1 N) hasta el punto final visual; calcular alcalinidad en meq/L o ppm como CaCO3 según volumen consumido.
Interpretación práctica PF positiva indica presencia de hidróxidos o carbonatos fuertes; MF mayor que PF sugiere presencia de bicarbonato; relación PF/MF ayuda a identificar equilibrio carbonato/bicarbonato y la necesidad de alcalinizantes o tampones.
Ajustes operativos según resultados Baja alcalinidad total: añadir carbonatos o NaOH según se necesite para estabilizar pH y proteger aditivos. Alcalinidad excesiva: evaluar incompatibilidades y reducir aportes alcalinos.
Precauciones y fuentes de error Interferencias por sólidos en suspensión que opacan el punto final; uso de reactivos contaminados; valoraciones imprecisas si no se agita constantemente.

Test de dureza en fluidos de perforación

Qué mide la dureza Concentraiones de iones divalentes, principalmente calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+), que afectan formación de incrustaciones, compatibilidad con polímeros y floculación de arcillas.
Importancia operacional Durezas altas pueden precipitar con álcalis o quelantes, reducir eficacia de tensoactivos y emulsificantes y causar problemas de filtrado y limpieza. Durezas bajas favorecen estabilidad de ciertos polímeros pero pueden indicar contaminación salina.
Métodos de ensayo comunes Titulación con EDTA (metodología compleja pero precisa) donde se usa un indicador (por ejemplo, Eriochrome Black T) y se titula hasta cambio de color. Kits colorimétricos y tiras reactivas para medidas rápidas de campo.
Procedimiento EDTA (esquema) Acondicionar muestra con tampón a pH adecuado; añadir indicador; titular con EDTA estándar hasta cambio de color; calcular dureza total en mg/L como CaCO3.
Interpretación y límites prácticos Dureza baja (<100 mg/L como CaCO3) suele ser aceptable; dureza moderada (100–300 mg/L) requiere monitoreo; dureza alta (>300 mg/L) puede requerir uso de quelantes o cambios de formulación.
Control y mitigación Uso de sequestrantes/quelantes (EDTA, polifosfatos), ajustar fuente de agua, lavado de barita, tratamiento de agua o uso de polímeros compatibles con dureza.
Precauciones Asegurar pH correcto para la titulación; evitar interferencias por surfactantes o coloración del lodo; limpieza y calibración del equipo.

Prueba de cloruros en lodo de perforación

Por qué medir cloruros Cloruros indican salinidad y contaminación por aguas de formación o sales añadidas; afectan estabilidad de arcillas, corrosión y compatibilidad con aditivos; son críticos en lodos de agua hacia formaciones sensibles.
Métodos de ensayo Titulación argentimétrica (método de Mohr) usando AgNO3 con indicador cromato; equipos de medidor de iones o tiras reactivas; fotómetros o medidores de conductividad correlacionados con cloruros.
Procedimiento Mohr (resumen) Acondicionar muestra; titular con AgNO3 hasta formación de un precipitado rojizo de cromato; calcular ppm de cloruuro según volumen consumido.
Interpretación práctica Valores bajos adecuados para zonas sensibles; aumentos súbitos sugieren contaminación de formación o mezcla de aguas; valores altos obligan a revisar compatibilidad con aditivos y potencial de corrosión.
Control y mitigación Cambiar fuente de agua, usar inhibidores de corrosión, emplear barita lavada, ajustar dosis de estabilizantes de arcilla o polímeros, y considerar intercambio iónico o desalación cuando sea crítico.
Limitaciones y fuentes de error Interferencias con otros haluros o turbidez; necesidad de dilución para muestras muy concentradas; calibración de equipos fotométricos.

Prueba de azul de metileno para contenido de arcilla (methylene blue test)

Principio del ensayo El azul de metileno adsorbe selectivamente en las superficies de arcillas (particularmente materiales con carga negativa como montmorillonita). La cantidad de azul necesaria para saturar la muestra correlaciona con la fracción de arcilla y su capacidad de intercambio catiónico.
Objetivo y aplicaciones Determinar contenido de argilas expansivas y la calidad del suelo/lodo; predecir comportamiento de reología y estabilidad; ayudar a formular aditivos que controlen la viscosidad y floculación.
Procedimiento general Pesar muestra seca o concentrada; dispersarla en solución; añadir azul de metileno en pequeñas porciones mientras se agita; observar el punto de viraje (sudoración o cambio de color persistente) y calcular mg de azul por 100 g de muestra.
Interpretación Valores bajos indican poca arcilla activa; valores intermedios sugieren presencia de arcillas no expansivas; valores altos indican arcillas altamente activas y potencial de problemas de hinchamiento y aumento de viscosidad.
Impacto en formulación del lodo Uso de inhibidores de arcilla (KCl, glicoles, aminas, polímeros) o ajuste del sistema de circulación; mayor contenido de arcilla puede requerir mayores dosis de floculantes o dispersantes.
Limitaciones del método Sensible a materia orgánica y color de la muestra; requiere experiencia para determinar punto final; resultados semicuantitativos que deben complementarse con otras pruebas reológicas.

Test de ion potasio (K+) y cloruro de potasio (KCl) en fluidos de perforación

Importancia del potasio en lodos El potasio (como KCl) se usa para inhibir arcillas (reduce hinchamiento y dispersión de montmorillonitas) y estabilizar formaciones; niveles de K+ afectan intercambio iónico y compatibilidad con otros aditivos.
Métodos de medición Fotometría de llama, fotometría de absorción atómica o kits colorimétricos específicos para K+; medidores de iones selectivos (ISE) con electrodo selectivo para potasio.
Procedimiento tipo con ISE o colorimétrico Calibración con estándares de K+; tomar muestra filtrada; ajustar condiciones de matriz si es necesario; medir y leer concentración en mg/L o molaridad; corregir por dilución.
Interpretación y objetivos operativos Mantener concentración de KCl según formulación (por ejemplo 2–5% en soluciones inhibidoras típicas, aunque el valor exacto depende del diseño del lodo); niveles bajos indican necesidad de suplementar para control de arcillas; niveles altos pueden incrementar conductividad y riesgo de corrosión.
Ajustes y adición de KCl Añadir en solución madre para una disolución homogénea; registrar dosis y verificar aumento de K+ después de mezcla.
Precauciones y limitaciones Interferencias por altas salinidades y presencia de Na+ o Ca2+ que pueden afectar lecturas; necesidad de calibraciones frecuentes.

Prueba de concentración de glicol en lodo de perforación

Objetivo de medir glicoles Glicoles (monoetilenglicol MEG, propilenglicol PG u otros) se usan como inhibidores de hidratación en lodos, anticongelantes, o para control de viscosidad y estabilidad. Medir concentración asegura eficacia y evita problemas de incompatibilidad y corrosión.
Métodos de ensayo comunes Refractometría (correlación entre índice de refracción y % glicol en solución); densidad específica mediante densímetro; cromatografía o métodos colorimétricos para mayor exactitud en laboratorio; kits rápidos específicos.
Procedimiento con refractómetro Calibrar con agua destilada; aplicar pequeña muestra filtrada; leer índice y convertir mediante tabla/ecuación a % glicol; corregir por sólidos disueltos y temperatura.
Interpretación de resultados Cada aplicación tiene rango óptimo (por ejemplo para inhibición de arcillas o control de punto de congelación). Concentraciones bajas reducen efecto inhibidor; concentraciones excesivas afectan lubricidad, compatibilidad y coste.
Ajustes operativos Añadir solución madre de glicol o retener concentración mediante reciclado y tratamiento. Tener en cuenta pérdidas por dilución con fluidos de formación o agua de lavado.
Precauciones de medición Interferencia de sólidos y sales (correcciones necesarias); temperatura influye fuertemente en refractómetro; limpieza cuidadosa del prisma entre mediciones.
Seguridad y manejo MEG es tóxico por ingestión e inhalación en altos niveles; PG es menos tóxico pero igual requiere manejo cuidadoso; almacenar y disponer según regulaciones ambientales.

Conclusión resumida y recomendaciones prácticas

Integración operativa Las pruebas descritas son complementarias y deben realizarse como un paquete de control diario en operaciones de perforación; pequeñas variaciones pueden indicar problemas mayores (contaminación, interacción con formación, fallo de aditivos).
Prioridades en campo Controlar densidad, viscosidad y pH continuamente; medir alcalinidad y cloruros/iones al cambiar fuente de agua o tras circulaciones a formaciones nuevas; realizar methylene blue y dureza cuando se observe cambios en reología o filtrado.
Calidad y seguridad Mantener SOPs, calibración regular, EPP y control de reactivos; documentar acciones correctivas; formar al personal en interpretación para decisiones rápidas

SIGUENOS EN INSTAGRAM : @PERFOBLOGGER

Perfoblogger - Drilling Blog

Páginas