Hidráulica de Perforación

Presentación del tema: "Hidráulica de Perforación"— Transcripción de la presentación:

1 Hidráulica de Perforación

2 Hidráulica de Perforación
Hidráulica es el estudio de un fluido en movimiento. Proveer el uso eficiente del sistema de circulación del Equipo de Perforación para proveer la máxima energía hidráulica, potencia o fuerza al fondo de pozo. Disminuir el Costo Total de Perforación.

3 Presión (lb./sq. in.) Una Fuerza o empuje se necesita para mover el fluido y vencer las resistencia al movimiento (inercia). Esta fuerza o empuje es definido como presión medida en Libras por pulgada cuadrada. (psi) La Presión es desarrollada por los pistones en la bomba empujando contra el fluido. A mayor magnitud de la presión indica que hay mayor dificultad en empujar el fluido a través de un sistema de circulación.

4 Mecánica de fluidos Presion hidrostática
Aumenta con la profundidad y la densidad Controla la presión de la formación a medida que se perfora Cuando la presión hidrostática es alta, disminuye la ROP

5 Mecánica de fluidos Presión hidráulica
Presión necesaria para que el fluido pase por la tubería. En pozos petroleros, es la presión generada por la bomba de lodo para que el fluido fluya alrededor del sistema. Caída de presión Cantidad de presión necesaria para que el fluido alcance una distancia determinada. La fricción, la gravedad y las propiedades del fluido son algunos de los factores responsables de la caída de presión.

6 Mecánica de fluidos Pérdida total de presión
La pérdida de presión en todo el sistema es la suma de: Presión hidrostática Presión hidráulica Presión impuesta

7 Sistema de Circulación
Cuello de Ganso Vastago Manguerote Kelly Standpipe Bombas Tanques Tubería de Perforación Presas Porta Mechas Anular Trepano

8 A. Equipo desarrolla Potencia

9 B. El motor entrega potencia a la bomba y la bomba potencia al fluido de circulación

10 C. El fluido en movimiento provee potencia a través de las Boquillas del Trepano

11 El medio es: El Fluido de Perforación

12 Funciones del Fluido de Perforación
Llevar Recortes de Roca a la superficie Limpiar Recortes debajo del Trepano Lubricar y enfriar la sarta de perforación y del Trepano Estabilizar las paredes del Pozo Controlar las presiones de la SubSuperficie

13 Resistencias al Movimiento del Fluido
Restricciones en el sistema Superficies Ásperas Longitud del Sistema Propiedades del Fluido Cantidad de Fluido Circulando (caudal)

14 MODELO HIDRÁULICO Δ P P1 P2
Gran parte del modelo está determinado por la geometría de las secciones –diámetros internos externos, longitudes-. La hidráulica consiste básicamente en calcular caídas de presión en cada sección El fluído al pasar a través de un tubo o restricción sufre una caída de presión Δ P TP Lodo con Presión Inicial P1 Lodo con Presión Final P2 D L

15 Principales Factores que afectan la Presión
1. Caudal 2. Área de Flujo 3. Longitud o Distancia 4. Propiedades del Fluido (Peso & Viscosidad)

16 1. Caudal es el volumen de fluido circulando en un determinado lapso de tiempo.

17 El caudal afecta la Presión en las Bombas
Longitud de Tubería = 300 Mts Diámetro de Tubería = 4½ pulgada Caudal 400 GPM 800 GPM (2 veces) Presión 67 PSI 244 PSI (casi 4 veces)

18 2. Area de Flujo

19 El Area de Flujo Afecta Presión de la Bomba
Caudal = 400 GPM Longitud de Tubería = 300 Mts Diam Tubería 5 pulgada 4½ pulgada Area de Flujo 14.4 in2 11.5 in2 Presión 38 PSI 67 PSI (76% mayor)

20 3. Longitud del Sistema o distancia que el fluído se mueve afecta la Presión.

21 La Distancia Afecta la Presión de la Bomba
Caudal = 400 GPM Diam Tubería = 4½ pulgada Longitud de Tubería 300 Mts 600 Mts (2 veces) Presión 67 PSI 134 PSI (2 veces)

22 4a. Peso del Fluido afecta la Presión.

23 Diam Tubería = 4½ pulgada
Las Propiedades del Fluido Afectan la Presión de la Bomba Peso del Lodo Caudal = 400 GPM Diam Tubería = 4½ pulgada Peso del Lodo 9 PPG 9.7 PPG Presión 69 PSI 75 PSI (8% more)

24 4b.Viscosidad del Fluido – Resistencia a Fluir

25 Viscosidad Plástica Caudal 400 GPM Longitud 300 Mts. Diam Tubería 4½”
Peso del Lodo 10 PPG PV = 15 CP. Presión = 125 PSI PV = 50 CP. Presión = 148 PSI

26 Modelo Hidráulico de Perforación
Trepanos ( boquillas) Sarta de Perforación (MF+DC+DP+HW+MWD) Espacio Anular Equipo de perforación LODO LODO Δ PEQUI. Δ PSP Δ PTNO Δ PANN

27 Presión Superficie (Standpipe)
La Presión Total requerida para empujar el fluido a través del sistema

28 RESUMIENDO Incremento de Presión de la Bomba
Incremento del Caudal Reducción del Area de Flujo Incremento de longitud o distancia Mayores Peso de Lodo Mayores Viscosidades

29 RESUMIENDO Variables Perdidas del sistema Potencia en el Trepano
Decremento del Caudal Disminuye Incremento del Area de Flujo Aumenta Incremento de Longitud Decremento del Peso del Lodo Decremento de la Viscosidad

30 Maximizar potencia o impacto en el Trepano
Ajustar Principales Factores de tal manera que la Máxima Presión permitida en superficie no sea excedida. Entre estos limites nosotros haremos los ajustes para entregar la máxima potencia o impacto al fondo de pozo.

31 Teorías en la Limpieza del Fondo del Pozo
JIF: Máxima Fuerza de Impacto de las Boquillas HSI: Máxima Potencia Hidráulica del Trepano (caballaje)

32 Fuerza de Impacto de las Boquillas (JIF)
Kelly Hose Standpipe Bombas Sistema Fuerza Máxima Trepano

33 Fuerza de Impacto de las Boquillas (JIF)
2800 Standpipe Bombas Sistema 1456 psi - 52% 1342 psi - 48% Trepano

34 Potencia (caballaje) Hidraulica (HSI)
Kelly Hose Standpipe Bombas Sistema Maxima potencia Trepano

35 Potencia (caballaje) Hidraulica (HSI)
2800 Standpipe Bombas Sistema 980 psi - 35% 1820 psi - 65% Trepano

36 ¿Cuál Teoría debería ser usada?
¿Fuerza de Impacto? ¿Potencia (caballaje) Hidráulica?

37 ¿Cuál usar? Fuerza de Impacto de Boquillas (JIF)
20% mas Caudal Somero / Diámetro de Pozo Grande Potencia Hidráulica (HSI) 14% Velocidad de salida de Jet más alta 35% Presión más alta Profundo / Diámetro de Pozo Menores

38 Tipos de Flujo y Remoción de Recortes
Hidráulica Anular Tipos de Flujo y Remoción de Recortes

39 Número de Reynolds < 2000
Flujo Laminar Número de Reynolds < 2000 (para agua)

40 Flujo Laminar

41 Número de Reynolds > 4000
Flujo Turbulento Número de Reynolds > 4000 (para agua)

42 Flujo Turbulento Velocidad V Max r r Radio

43 Velocidad Crítica Flujo Laminar Flujo Turbulento

44 AREA ANULAR Es el espacio entre la Tubería de
Perforación & la pared del pozo Tubería de menor diámetro permite un espacio anular más grande. Tubería de mayor diámetro deja un espacio anular más pequeño.

45 Velocidad Anular (AV) La velocidad de fluido Subiendo por el anular
medido en PPM (FPM) AV es menor alrededor de la tubería donde el anular es mayor AV es más alta alrededor de los DC o juntas donde el anular es más pequeño

46 Transporte de Recortes
Velocidad de Caida Velocidad de Transporte de Recortes Eficiencia de Transporte Concentración de Recortes Efecto Centrifugo Rotando Efecto de Torque No Rotando Gradiente Velocidad

47 Velocidad De Caida Velocidad de Caida Velocidad Anular

48 Velocidad de Transporte
Velocidad de Caida Velocidad de Transporte de Recortes Velocidad Anular

49 Eficiencia de Transporte
Velocidad Caida V t E t % = V a Velocidad de Transporte de Recortes Velocidad Anular

50 Factores que afectan la Concentración de Recortes
ROP Diametro de Pozo Eficiencia de Transporte Caudal

51 Densidad Equivalente de Circulación
Densidad equivalente de circulación (ECD) En condiciones estáticas, el fluido ejerce presión en el fondo del pozo debido a la gravedad. A medida que el fluido comienza a moverse en el espacio anular, debe contrarrestar la gravedad, las fuerzas de fricción y la resistencia interna. La suma de todos estos factores se mide por la pérdida total de presión en el anular. Cuando se lo expresa como peso de lodo, se lo conoce como Densidad Equivalente de Circulación (ECD)

52 Densidad Equivalente de Circulación
Densidad Equivalente de Circulación es el peso del fluído en el pozo más el peso incremental equivalente a la Presión requerida para mover el fluído a través del anular. Por ejemplo, lodo de 10 ppg a 10,000 Pies con caída de Presión anular de 500 psi .052 X 10 ppg X 10,000 ft = 5200 psi = Presión de fluido estática ECD = (5200 psi psi) / (.052 X 10,000) = ppg

53 Densidad Equivalente de Circulación
La caída de presión en el interior de la herramienta no afecta la ECD. La ECD no debe exceder la integridad del pozo: LOT (test de formación), presión de fractura. Una ECD alta puede ocasionar pérdida de lodo. Una ECD alta reduce la tasa de penetración. La concentración de recortes en el anular aumenta la ECD.

54 Densidad Equivalente de Circulación más recortes
El peso del fluído en el pozo más el peso incremental equivalente a la Presión requerida para mover el fluído a través del anular. + El efecto generado por el peso de los recortes.

55 Densidad Equivalente de Circulación más recortes
ECD - Densidad Equivalente A todas las Presiones actuando en las paredes del hueco abierto. Presión Hidrostática Pérdida de Presión en Anular Peso de los Recortes

56 Punto de Fluencia (Yield Point-YP)
Punto en el cual el movimiento de fluido inicia Algunos fluidos requieren una fuerza dada para iniciar a fluir. El esfuerzo producido por esa fuerza es el punto cedente o punto de Fluencia. Punto de Fluencia es la atracción eléctrica entre las partículas de arcilla y el lodo.

57 Lavado de las Paredes del Pozo

58 Velocidad requerida para Remover Recortes
Antecedentes Limpieza del Pozo Tasa de Penetración esperada Capacidad de Acarreo de recortes del fluido Ángulo del Pozo Propiedades de la Formación perforada

59 Buen Programa Hidráulico
Usa el equipo eficiente No excede los limites especificados Asiste en los objetivos de Perforación Provee un pozo en buenas condiciones Considera diferencias en aplicaciones

60 Un Sistema Óptimo Hidráulico provee
Máxima Potencia o Fuerza Hidráulica en el Trepano Hidráulica Anular adecuada Reducir los Costos Generales de Perforación

61 Ejemplo Lodo: PPG Profundidad: Mts

62 TFA: 5x15/32”

63 TFA: 5x14/32”

64 TFA: 5x13/32”

65 Ejemplo Lodo: PPG Profundidad: Mts

66 TFA: 5x15/32”

67 TFA: 5x14/32”

68 TFA: 5x13/32”