Hidraulica de Perforacion

 

HIDRÁULICA DE PERFORACIÓN

 

HIDRAULICA DE PERFORACION La perforación de pozos petroleros petroleros requiere de una hidráulica que cumpla con los objetivos que son: de mejorar la eficiencia de la barrena 

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proveer un eficiente acarreo de los recortes de formación a la superficie. El cálculo hidráulico en este sistema define el diámetro óptimo de las toberas de la barrena, con el cual se obtendrá la potencia hidráulica del flujo del fluido de perforación que promueva la óptima remoción de recortes, incremento en la velocidad de penetración y en la vida de la barrena.

 

 Aplicaciones de la hidráulica 

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Para calcular velocidades seguras en corridas de sartas de perforación y de revestimiento.

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EFICIENCIA HIDRAULICA  

Los efectos del aumento de caballaje hidráulico en la barrena son similares a su efecto sobr so bree las las bar arrrenas enas de co con no.

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El fabricante con frecuencia recomienda un caudal de flujo mínimo en un intento por  asegurar que la cara de la barrena se mantenga limpia y la temperatura del cortador se mante ma nteng ngaa al mí mínim nimo. o.

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Este requerimiento para la tasa de flujo puede tener un efecto adverso sobre la opti op timi miza zaci ción ón del del ca caba ball llaj ajee hidr hidráu áuli lico co en la ba barr rren ena, a, HH HHP P.

 

SISTEMA DE CIRCULACION 

La circulación del fluido tiene que diseñarse para remover los recortes con eficiencia y también para enfriar la cara de la barrena, estos requerimientos requerimientos pueden satisfacerse al aumentar el caudal o gasto de la bomba, sin embargo, el incremento en la velocidad de bombeo del fluido (gasto) puede causar una erosión excesiva de la cara y una falla prematura de la barrena.

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Ciclo del lodo

 

Equipos hidráulicos en perforacion 

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Los equipos que componen el sistema son los siguientes: Tanque Bomba Línea horizontal Línea o tubo vertical Manguera de circulación Polea o unión giratoria Cuadrante Tubería o sarta de perforación Barrena o mecha Línea de retorno Equipo separadores de solidos o control de solidos

 

CONEXIONES SUPERFICIALES 

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Conexiones superficiales.Se le da el nombre de conexiones superficialess al conjunto formado superficiale por líneas horizontales, el tubo  vertical, la manguera manguera de lodo, la unión giratoria y el cuadrante. Líneas horizontales.-Son horizontales.-Son las tuberías que se encuentran en el piso o base de la torre, es decir son las tuberías que salen de la descarga de las bombas y llegan al tubo vertical.

 

EQUIPOS SUPERFICIALES HIDRAULICOS BOMBAS DE LODOS. Son las encargadas de hacer cumplir el ciclo de circulación del lodo, desde que lo succionan del tanque respectivo, hasta que el fluido retorna al extremo opuesto del tanque de succión, después de pasar por el interior de las tuberías y los espacios anulares respectivos.

 

PROPIEDADES DEL FLUIDO EN HIDRAULICA  Las propiedades del lodo son imprescindibles para: Qué tan bueno es el transporte los recortes afuera del pozo Qué tan buena es la limpieza de los ripios en la cara de la barrena. Cuáles son las pérdidas de presión en el sistema. Cómo se comporta el sistema de fluido con los regímenes de flujo que se emplean en el pozo. 

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PROPIEDADES REOLOGICAS 

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 Viscosidad: La viscosidad es la resistencia de un fluido a fluir y se define como la Razón del Esfuerzo cortante a la velocidad de cizallamiento.  Viscosidad Plástica, Plástica, PV: Los lodos de perforación normalmente están compuestos por una fase líquida continua en la cual están dispersos los materiales sólidos

 

CLASIFICACION DE LOS FLUIDOS: 

FLUIDOS NEWTONIANOS: Son aquellos en los cuales la viscosidad permanece constante para todas las velocidades de cizallamiento siempre y cuando la temperatura y la presión permanezcan constantes. Ejemplos de Fluidos Newtonianos Newtonianos son: el agua, la glicerina y el aceite ligero.

 

FLUIDOS NO NEWTONIANOS: 

Los fluidos no newtonianos no muestran una proporcionalidad directa entre el esfuerzo de cortante y la velocidad de cizallamiento. La mayoría de los fluidos de perforación son no newtonianos.

 

MODELOS REOLOGICOS 

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El modelo de Flujo Plástico de Bingham ha sido usado más frecuentemente para describir las características de flujo de los fluidos de perforación. El modelo de Ley Exponencial procura superar lasFlujo deficiencias modelo de Plásticodel de Bingham a bajas  velocidades de corte.

 

CIRCULACION DE LOS FLUIDOS 

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La circulación del fluido tiene que diseñarse para remover los recortes con eficiencia y también para enfriar la cara de la barrena, Estos requerimientos pueden satisfacerse al aumentar el caudal o gasto de la bomba, Sin embargo, el incremento en la velocidad de bombeo del fluido (gasto) puede causar una erosión excesiva de la cara y una falla prematura de la barrena

 

Régimen de flujo

 

Régimen de flujo 

Flujo Tapón.- Tiene el mismo sentido y la misma intensidad el recorrido del fluido y llena todo el diámetro.

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Flujo Laminar.- Tiene el mismo sentido pero intensidad diferente; Ejemplo: Un lodo se desplaza en forma laminar, cuando las capas de flujo se desplaza en forma lineal una con relación a la otra.

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Flujo Turbulento.- Tiene distinta intensidad y sentido; Ejemplo: Un lodo se desplaza en forma turbulenta, cuando no hay un ordenamiento ni formas de capas de flujo.

 

HIDRAULICA   APLICACIÓN DE LA HIDRAULICA  

Para calcular o estimar las  velocidades de asentamiento de los recortes perforados con o sin circulación.

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Para calcular ylas de surgencia depresiones suabeo. Para calcular velocidades seguras en corridas de sartas de perforación y de revestimiento. Para calcular la máxima  velocidad de penetración para un gradiente de fractura dado.

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CONTROL DEL POZO 

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El control de un pozo es necesario para el manejo de una situación de riesgo provocada por una arremetida o por la sospecha de ella. En todo momento cuando se optimiza la hidráulica se debe dar prioridad a este problema para ello se debe trabajar con las densidades de circulación.

 

LIMPIEZA DEL POZO Se define la capacidad de acarreo de recortes,  f t , como el transporte desde el fondo hasta la superficie de las partículas generadas por la barrena. El transporte de los recortes es afectado por

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 varios parámetrosdel lodo, interrelacionados de los recortes y de perforación, de la manera indicada en la Tabla

 

PROBLEMAS DE LA LIMPIEZA  El hecho de que no se logre una limpieza eficaz del pozo puede causar problemas graves, incluyendo: la pegadura de la tubería el exceso de torque y arrastre el empaquetamiento del espacio anular pérdida de circulación  viscosidades y esfuerzos esfuerzos de gel excesivos   

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altos costosntos del ylodo, revestimientos revestimie cementaciones inadecuados  bajas velocidades de perforación.

 

CAÍDA DE PRESIÓN La caída de presión, ΔP ΔP,, es proporcional al gasto del flujo y a diversos términos relacionados con la geometría de un sistema dado y con las propiedades de los fluidos. Aspectos geométricos como el diámetro y la longitud. Propiedades de los fluidos como llaa densidad. En un sistema de circulación de fluido de perforación las caídas o pérdidas de presión, Δ ΔP P, se manifiestan desde la descarga de la bomba hasta la línea de flote. En la práctica se tienen cuatro elementos en los cuales se consideran las pérdidas de presión en el sistema, estos son: 

Equip Eq uipoo sup superf erficia icial.l.

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A través de las tober eraas de la barrena.

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Espacio Espa cio anula anularr.

 

CAIDAS DE PRESION POR FRICCION

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Todos los programas o simulacros de hidráulica empiezan calculando las caídas de presión en las diferentes partes del sistema circulatorio. Las caídas de presión en: Las conexiones superficiales Dentro y alrededor de la tubería Dentro y alrededor de los lastra barrenas En la barrena.

 

PERDIDAS DE PRESION TOTAL La pérdida de presión total para este sistema se puede describir matemáticamente como: PTotal =PEquipo Superf. + PColumna Perf. + PBarrena+ PEspacio 

 Anul.

 

CAIDAS DE PRESION POR FRICCION

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Por lo tanto, la caída de presión por fricción en el espacio anular se obtiene de la siguie sig uiente nte for forma: ma:

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PERDIDA EN LA COLUMNA DE PERFORACION La pérdida de presión en la columna de perforación es igual a la suma de las pérdidas de presión en todos los intervalos de la columna de perforación, incluyendo tubería de perforación ,los la portamechas , los motores de fondo, las herramientas de MWD/LWD/PWD o cualquier otra herramienta de fondo.

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ECUACIONES DE PERDIDA DE PRESION MODELO DE BINGHAM Flujo Laminar

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Flujo Turbulento

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Pfi : perdida perdida de de presión presión por fricción  L : longitud o sección de flujo en (pies

 

PERDIDA DE PRESION EN EL ESPACIO  ANULAR   

La pérdida de presión para cada intervalo debe ser calculada separadamente y sumada para obtenerla pérdida total de presión total del intervalo anular.

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Flujo Laminar

Flujo Turbulento MODELO DE LA LEY DE POTENCIA 

 

DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACION 

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La densidad equivalente de circulación representa la densidad del lodo que puede determinar la presión hidrostática en el fondo del pozo, la cual es igual a la l a presión cuando comienza la circulación. Es decir es la presión que siente el fondo del pozo cuando el lodo está circulando Conociendo la DEC podemos evaluar el incremento de la densidad del lodo necesario para evitarr el fenó evita fenómeno meno d dee un kic kickk o surgencia Lapara DECevitar es unpatadas parámetro importante y pérdidas Dado que la fricción agrega presión al pozo, el peso efectivo o densidad equivalente de circulación aumenta en el fondo.

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La densidad equivalente de circulación, DEC, la podemos obtener de la siguiente forma:

 

BARRENAS E HIDRAULICA  El desempeño de la barrena es medido por la longitud total y el tiempo de perforación, antes de que la barrena deba ser sacada y reemplazadaLass consideracio reemplazadaLa consideraciones nes principales para seleccionar una barrena son: Geología Propiedades de la formación Fuerza de compresión Se refiere a la fuerza intrínseca de la roca, la cual está  basada en su  Afecta composició composición n en la que la roca Elasticidad Afecta Elasticidad la forma  

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falla. Una roca que falla en forma “plástica”,

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más que fracturarse, se deformará deformará..  Abrasión Presión de sobre-carga Afecta sobre-carga Afecta la cantidad cantidad de compactación de sedimentos y por lo tanto la dureza de la roca.  Atrapamiento Presión de los poros Afecta poros Afecta los requerimientoss de peso del lodo y puede requerimiento afectar la velocidad de perforación. Porosidad y Permeabilidad Cambios de formación dentro de una sección dada del agujero

 

CALCULO DE HIDRAULICA EN LA BARRENA  

POTENCIA HIDRÁULICA EN LA BARRENA 

Una potencia hidráulica  baja en la barrena puede producir bajas  velocidades de penetración un rendimientoydeficiente de la barrena.

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Potencia en la barrena

Potencia especifica:es la relación entre la energía utilizada trepano y en el áreaen delelpozo.

 

 VELOCIDAD EN LAS TOBERAS 

 Velocidades de tobera de 250 a 450 450 pies/s pies/seg eg son recomendadas para la mayoría de las barrenas. Las velocidades de tobera mayores que 450 pies pi es/se /segg pu pued eden en desgastar la estructura de corte de la barrena.

 

OPTIMIZACION DE LA HIDRAULICA  Muchos pozos son perforados bajo limitaciones de presión impuestas por el equipo de perforación y los equipos conexos. Las presiones nominales delas csuam s eyrode dloes beqoumipboas peirsfaisciainletse,rioarseís dcoemlaos beol mnbúam disponibles, limitan el sistema de circulación a una  presión máxima admisible de circulación

Por lo tanto, del resulta imprescindible hidráulica fluido de perforaciónoptimizar mediantelael control de las propiedades reológicas del fluido de perforación para evitar alcanzar este límite teórico.

 

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Los métodos de optimización de la hidráulica consisten en determinar la caída de presión en la barrena de tal forma que la energía generadaen por el equiposea de  bombeo superficie transmitida óptimamente hasta el fondo del pozo para su correcta limpieza. Esta caída de presión óptima es obtenida determinando el tamaño de las toberas en la  barrena.

 

OBJETIVO DE LA OPTIMIZACION 

. El objetivo principal de la optimización de la hidráulica es lograr un equilibrio entre el control del pozo, la limpieza del pozo, la presión de  bombeo, la densidad equivalente de circulación (ECD) y la caída depresión a través de la barrena.

 

MODELO DE LA OPTIMIZACION Para maximizar la remoción de los ripios en el frente de la broca se tienen en cuenta los siguientes parámetros operacionales. Máxima velocidad en las boquillas: el nivel de limpieza es proporcional a la velocidad en las boquillas. Algunas reglas recomiendan que la velocidad en las boquillas deba ser mantenida por encima de 230 ft/s. Máximo impacto hidráulico en la broca: la remoción de cortes depende de la fuerza de impacto del fluido golpeando el 

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fondo delpotencia pozo, esto se lograen aumentando caudal.de ripios del Máxima hidráulico la broca: la el remoción fondo de pozo, es dependiente de la cantidad de energía del fluido disponible en la broca.

 

OPTIMIZACION DE LA HIDRAULICA EN LA BARRENA  En muchas regiones del mundo, la hidráulica de la barrena para rocas puede ser optimizada para mejorar la  velocidad de penetración penetración (ROP). Muchos factores afectan la ROP, incluyendo el tamaño de la barrena, el tipo de barrena, las características de la barrena, el tipo y la solidez de la formación, y la hidráulica las áreas dederocas la barrena. duras, la En interacción entre la barrena y la formación tiene un mayor impacto impac to sobrela sobrela ROP que la hidráulica de la barrena.

 

RESUMEN 

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El rendimiento de la perforación está directamente relacionado con las restricciones mecánicas impuestas por el equipo de perforación. Al controlar las propiedades reológicas del lodo, se puede optimizar el rendimiento, operando dentro de los límites mecánicos impuestos por el equipo de perforación. Las propiedades reológicas del lodo deberían ser controladas para que se pueda transmitir a la barrena la mayor partedel posible dede la perforación, presión máxima admisible circulación equipo reduciendo lasde pérdidas de presión parásitas en las conexiones con exiones superficiales, la columna de perforación y el espacio anular, sin perjudicar la limpieza del pozo o la suspensión de los sólidos.

 

GRACIAS POR SU ATENCIÓN