22 principios de hidráulica de perforación

Principios sobre Hidráulica de Perforación
IPM
1
Principios sobre
Hidráulica de Perforación
Programa de Entrenamiento
Acelerado para Supervisores

IPM
2
• Contenido:
• Objetivos,
• Conceptos básicos de Hidráulica,
• Pérdidas de Presión y Densidad Equivalente de
Circulación,
• Selección de Toberas para la Barrena,
• Optimización Hidráulica.
Hidráulica de la Perforación

IPM
3
• Objetivos:
• Al final de esta presentación USTED PODRA:
• Entender los conceptos básicos de la hidráulica de la
perforación,
• Describa varias pérdidas de presión
• Factores que afectan la DEC
• Seleccione las toberas de la barrena para optimizar la
hidráulica de la barrena

IPM
4
• Circulación de Fluidos:
• 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.

IPM
5
• Barrena de Conos de Rodillo:
• La velocidad de penetración es función de muchos
parámetros incluyendo:
• Peso Sobre la Barrena, WOB,
• Velocidad de Rotación de la barrena, RPM,
• Propiedades del Lodo,
• Para evitar un influjo de fluidos desde la formación
al agujero, la presión hidrostática del lodo debe ser
ligeramente más alta que la presión de la formación
(margen de seguridad),
• Eficiencia Hidráulica.

IPM
6
• Eficiencia Hidráulica :
• Los efectos del aumento de caballaje hidráulico en la
barrena son similares a su efecto sobre las barrenas de
cono,
• 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 mantenga al mínimo,
• Este requerimiento para la tasa de flujo puede tener un
afecto adverso sobre la optimización del caballaje
hidráulico en la barrena, HHP.

IPM
7
• Importancia de una buena Hidráulica para perforar:
• Remoción de recortes en el espacio anular,
• Presión hidrostática para balancear la presión del poro y
prevenir que se colapse el agujero del pozo,
• DEC (Densidad Equivalente de Circulación),
• Presiones de Surgencia / suaveo durante los viajes de
entrada y salida de la sarta en el pozo
• Limitación de la capacidad de bombeo,
• Optimización del proceso de perforación (Max HHP
consumido en la barrena o Max Impacto del Chorro),
• Efectos de Presión y Temperatura.

IPM
8
• Limpieza del Agujero:
• Velocidad Anular,
• Velocidad de penetración (ROP),
• Viscosidad,
• Angulo del Agujero,
• Densidad del Lodo,
• Ensanchamiento del Agujero por erosión (lavado)

IPM
9
• Sistema de Circulación:
Bomba
de lodos
Tubería de
Perforación
Espacio Anular
Barrena
Barrena
Agujero Abierto
Tubería de Revestimiento
& cemento
Presa de Lodo

IPM
10
• Pérdidas de Presión en el Sistema Circulante:
• Pérdida de presión en el equipo de la superficie,
• De la bomba al “stand pipe”, manguera rotaria, Kelly o
Top Drive, hasta la parte superior de la tubería de
perforación.
• Pérdida de presión a través de la sarta de perforación,
• Pérdida de presión en las herramientas del fondo:
• PDM / Turbinas,
• Absorbedores de impacto / Martillos de Perforación,
• MWD / LWD.
• Pérdida de presión a través de las toberas en la barrena,
• Pérdidas de presión en el espacio anular.

IPM
11
• Margen Operativo de las Presiones del Lodo:
Presión
Profundidad
Presión de poros
DEC
Presión de Fractura
Presión Hidrostática del Lodo

IPM
12
• Conceptos Básicos de Hidráulica;
• Velocidad promedio del fluido,
• Velocidad del fluido a través del espacio anular Vf (pies/min);
v
Q
d df
=
∗
−
24 51
2
2
1
2
.
• Velocidad del fluido a través de la sarta de perforación Vf (pies/min):
v
Q
d
f
=
∗24 51
2
.
• Q = Gasto o tasa de bombeo (gal/min, gpm),
• d2 = Diámetro del agujero (pulgadas),
• d1 = Diámetro externo de la sarta de perforación (pulgadas),
• d = Diámetro interno de la sarta de perforación (pulgadas).

IPM
13
• Número Reynolds (para flujo en el espacio anular):
( )[ ] '
'2
22300 *69.8**/*69.43
N
N
qN DpDh
DpDh
Q
EMWR −





−
Θ=
−
Laminar si RN < 2000
Transición RN está entre 2000 y 3000
Turbulento si RN >3000
Donde:
RN , Número Anular de Reynolds (sin dimensión)
MW, Densidad del Lodo (lbs/gal)
EqΘ300 Lectura del Viscosímetro Fann a 300 RPM
Dh, Diámetro del Agujero (pulgadas)
Dp, Diámetro de la tubería (pulgadas)
N’, valor “n” en la Ley de Potencia = log (Θ600 /Θ300 ) / log (600/300)

IPM
14
• Cálculos para el Flujo Crítico:
• La velocidad de bombeo (gasto) a la cual el perfil de flujo en el
espacio anular más pequeño pasa de laminar a turbulento.
• Es importante mantener el flujo en laminar al perforar a través
de formaciones mecánicamente inestables.
{ }
n
n
NC
c
)DpDh(..
R
)DpDh(Q
−






−
−=
2
1
30022
6986443 ρ
θ
Qc, Gasto o tasa de bombeo ,gpm
RNC , Número Reynolds crítico , usualmente 2,000
Dh , diámetro del agujero en pulgadas
Dp , diámetro de la tubería en pulgadas
n, valor “n” de la Ley de Potencia = log (Θ600 /Θ300 ) / log (600/300)
Θ300 , lectura del viscosímetro Fann a 300 RPM.

IPM
15
• Pérdidas de Presión en el Espacio Anular – Flujo Laminar:
• Si la tasa de bombeo (gasto) está por debajo del Número
Reynolds crítico en el espacio anular el cálculo de pérdida
de presión en psi/1000 ft. es:
n
n
DpDh
Q
DpDhAPL 





+
−= +
)(69.8
)/(75.3 12
300θ
Q,,, Gasto o tasa de bombeo, gpm
APL, pérdida de presión en el espacio anular psi/1000 ft.
n, valor “n” en laLey de potencia = log (Θ600 /Θ300 ) /log (600/300)
Θ300 , lectura del viscosímetro Fann a 300 RPM

IPM
16
• Pérdidas de Presión en el Espacio Anular – Flujo Turbulento:
• Si el gasto de flujo está por arriba del número Reynolds
crítico, el cálculo de pérdida de presión del espacio anular
en psi/1000 ft. será:
23
2
)()(
67.163
DpDhDpDhR
Q
APL
NC −−
⋅
=
ρ
Q,, Gasto o tasa de bombeo ,gpm
APL, pérdida de presión en el espacio anular en psi/1000 pies.
RNC , Número Reynolds crítico , usualmente 2,000
ρ densidad del lodo en lbs/gal

IPM
17
•• Densidad Equivalente de CirculaciónDensidad Equivalente de Circulación (DEC):(DEC):
• DEC es la suma de pérdidas de presión en el espacio anular dividida
(profundidad x factor). En unidades de campo se expresa como:
o
a
TVD
P
DEC ρ+
∗
Σ∆
=
052.
DEC, Desnsidad Equivalente de Circulación en lbs/gal
∆pa, Pérdida de la presión en el espacio anular
TVD, Profundidad vertical verdadera en pies
ρο Densidad del lodo en el pozo en lbs/gal

IPM
18
• Factores que afectan la DEC:
• Densidad del lodo.
• Pérdidas de presión en el espacio anular Pa.
• Geometría del agujero, viscosidad efectiva,
temperatura, presión, gasto o tasa de bombeo,
• Velocidad de penetración y tamaños de los
recortes,
• Eficiencia de la limpieza del agujero
•• Densidad Equivalente de CirculaciónDensidad Equivalente de Circulación (DEC):(DEC):

IPM
19
• Pérdida de presión dentro de la tubería:
• Suponiendo flujo turbulento dentro de la sarta de
perforación o el número Reynolds > 2100.
L
D
Vf
P
pp
p ×
∗
=
81.25
2
ρ
Pp , Pérdida de presión en la tubería en psi
fp , Factor de fricción para la tubería
ρ Densidad del lodo en lbs/gal
Vp, Velocidad de promedio dentrode la tubería en pies/seg
D, Diámetro interno de la tubería en pulgadas
L, Longitud de la tubería en pies

IPM
20
• Pérdida de fricción en las Toberas de la Barrena:
[ ]22
2
156
n
b
D
Q
P
Σ
=∆
ρ
∆Pb , Pérdida de presión en la barrena en psi
Q , Gasto o tasa de bombeo en galones por minuto, gpm
Dn , Diámetro de las toberas en 1/32 de pulgada
ρ , Densidad del lodo en ppg

IPM
21
• Caballaje Hidráulico:
• HHP en la barrena = (∆Pb Q ) / 1714
• Donde;
• HHP , caballaje hidráulico,
• .∆Pb , pérdida de presión en la barrena en psi,
• Q , gasto o tasa de bombeo en gpm.
• HHP en la bomba = (∆Pt Q) / 1714
• Donde;
• HHP , caballaje hidráulico,
• ∆Pt , pérdida total de presión en el sistema, psi (SPP),
• Q , gasto o tasa de bombeo en gpm.

IPM
22
• Velocidad del chorro en las Toberas:
• Se relaciona muy estrechamente con la acción de limpieza
que se está dando en la barrena,
• Puede llevar a la erosión del agujero a altas velocidades en
formaciones frágiles,
• Se expresa como:
2
3.418
nD
Q
Vn
Σ
=
• Donde:
• Vn , velocidad del chooro en la tobera en pies/seg
• Q, gasto o tasa de bombeo en gpm
• .ΣDn
2
, suma del cuadrado de los diámetros de las toberas en 1/32 de pulg

IPM
23
• Fuerza de Impacto del Chorro:
• La fuerza ejercida por el fluido de salida por debajo de la
barrena,
• Se expresa como:
1930
ρn
i
QV
F =
Donde:
Fi , Fuerza de impacto del chorro en libras,
Q, gasto o tasa de bombeo en gpm,
Vn , velocidad del chorro en la tobera en pies/seg
ρ , Densidad del lodo en lbs/gal

IPM
24
• Otras Aplicaciones de la Hidráulica;
• Para calcular o estimar las velocidades de asentamiento
de los recortes perforados con o sin circulación,
• Para calcular las presiones de surgencia y de 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.

IPM
25
• Máximo Caballaje Hidráulico
Debe adoptarse para uso en formaciones blandas a medias.
• Máxima Fuerza de Impacto del Chorro
Debe adoptarse para uso en formaciones medias a duras..
• Máxima Velocidad del Chorro
Se basa en la presión máxima permisible en la superficie a
un gasto o tasa de bombeo seleccionado.
Optimización de la Hidráulica en la Barrena
Cálculo del flujo:
1. Después de determinar el modelo de reología, calcule la capacidad
de transporte del fluido.
2. Calcule la caída de presión para el agujero usando ya sea el Max HHP o JIF
3. Decida la combinación de Toberas.
4. Calcule los requerimientos de caballaje de la Bomba.

IPM
26
• Ahora USTED podrá:
• Entender los conceptos básicos de hidráulica de la
perforación
• Describir y calcular las pérdidas de presión en el
sistema
• Describir los factores que afectan la DEC
• Entender el proceso para optimizar la hidráulica de
la barrena

22 principios de hidráulica de perforación

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Semelhante a 22 principios de hidráulica de perforación

Semelhante a 22 principios de hidráulica de perforación (20)

22 principios de hidráulica de perforación