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Hidráulica de Perforación. l Hidráulica es el estudio de un fluido en movimiento. l Proveer el uso eficiente del sistema de circulación del Equipo de.

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1 Hidráulica de Perforación

2 l Hidráulica es el estudio de un fluido en movimiento. l 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. l Disminuir el Costo Total de Perforación.

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

4 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 Mecánica de fluidos

5 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. Mecánica de fluidos

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

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

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

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

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

15 Principales Factores que afectan la Presión l 1. Caudal l 2. Área de Flujo l 3. Longitud o Distancia l 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 Presión 38 PSI 67 PSI (76% mayor) Area de Flujo 14.4 in in 2

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

26 Modelo Hidráulico de Perforación LODO Equipo de perforación Sarta de Perforación(MF+DC+DP+HW+MWD ) Trepanos ( boquillas) Espacio Anular Δ P EQUI. Δ P SP Δ P TNO Δ P ANN LODO

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

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

29 VariablesPerdidas del sistemaPotencia en el Trepano Decremento del Caudal Disminuye Incremento del Area de Flujo DisminuyeAumenta Incremento de Longitud AumentaDisminuye Decremento del Peso del Lodo DisminuyeAumenta Decremento de la Viscosidad DisminuyeAumenta RESUMIENDO

30 Maximizar potencia o impacto en el Trepano l Ajustar Principales Factores de tal manera que la Máxima Presión permitida en superficie no sea excedida. l 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 l JIF: Máxima Fuerza de Impacto de las Boquillas l HSI: Máxima Potencia Hidráulica del Trepano (caballaje)

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

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

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

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

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

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

38 Hidráulica Anular Tipos de Flujo y Remoción de Recortes

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

40 Flujo Laminar

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

42 Flujo Turbulento Velocidad V Max Radio rr 0

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 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 Velocidad Anular (AV)

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

47 Velocidad De Caida Velocidad de Caida Velocidad Anular

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

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

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

51 Densidad equivalente de circulaci ó n (ECD) En condiciones est á ticas, el fluido ejerce presi ó n 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 fricci ó n y la resistencia interna. La suma de todos estos factores se mide por la p é rdida total de presi ó n en el anular. Cuando se lo expresa como peso de lodo, se lo conoce como Densidad Equivalente de Circulaci ó n (ECD) Densidad Equivalente de Circulación

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

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

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

56 Punto de Fluencia (Yield Point-YP) l Punto en el cual el movimiento de fluido inicia l Algunos fluidos requieren una fuerza dada para iniciar a fluir. El esfuerzo producido por esa fuerza es el punto cedente o punto de Fluencia. l 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 l Antecedentes l 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 l Usa el equipo eficiente l No excede los limites especificados l Asiste en los objetivos de Perforación l Provee un pozo en buenas condiciones l Considera diferencias en aplicaciones

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

61 Ejemplo Lodo: 9 PPG Profundidad: 1400 Mts

62 TFA: 5x15/32

63 TFA: 5x14/32

64 TFA: 5x13/32

65 Ejemplo Lodo: 9.6 PPG Profundidad: 2300 Mts

66 TFA: 5x15/32

67 TFA: 5x14/32

68 TFA: 5x13/32


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