Carlos González Andrade HIDRAULICA DE POZOS CARLOS GONZÁLEZ ANDRADE.

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1 Carlos González Andrade HIDRAULICA DE POZOS CARLOS GONZÁLEZ ANDRADE

2 TEMA: HIDRÁULICA INTEGRANTES : CARLOS GONZÁLEZ ANDRADE MATERIA: INGENIERÍA DE PERFORACIÓN DE POZOS PROFESOR: ING. MARIO HUMBERTO GÓMEZ MEJÍA CD DEL CARMEN, CAMPECHE, MÉXICO. 5 DE MAYO DE 2017 2

3 1.TFA 2.CAIDAS DE PRESION EN TP Y EA 3.VELOCIDAD ANULAR 4.ROP 5.EFICIENCIA DE LA LIMPIEZA DEL POZO 6.CAPACIDAD DE ACARREO 7.DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACION 8.NO. DE REYNOLDS 9.TIPOS DE FLUJOS 10.HIDRAULICA DE LA BARRENA 11.FUERZA DE IMPACTO 12.VELOCIDAD ANULAR OPTIMA 13.VELOCIDAD ANULAR CRITICA 14.VOLUMEN DE ACERO EXTRAIDO 15.PROPIEDADES REOLOGICAS Y TIXOTROPICAS DE LOS LODOS DE PERFORACION (TIPOS DE VISCOSIDAD, PUNTOS DE CEDENCIA, ETC.)

4 Área total de Flujo: representa la sumatoria de las áreas de los chorros de la mecha a través de los cuales pasa el flujo. Para considerar el TFA, se necesita contar con todos los chorros que hay tanto en la mecha como en el ampliador (reamer) en el caso de mechas bicéntricas. Básicamente se puede determinar el área de flujo a través de esta simple fórmula de área de un círculo: Para facilitar los valores numéricos, normalmente los diámetros de los chorros se reportan en Treintidosavos de pulgadas,es decir, xx/32 pulgadas. Por ejemplo, una mecha puede tener 3 chorros y cada uno mide de diámetro 20/32 pulgadas. Por la cual la fórmula del circulo se simplifica de la siguiente manera: Con el propósito de hallar el area total de Flujo de cada mecha o ampliador, se debe sumar toda área de cada chorro.

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8 Velocidad del fluido a través del espacio Anular Vf (ft/min) Q Gasto o tasa de bombeo gal/min gpm d2 Diámetro del agujeró inch d1 Diámetro externo de la sarta de perforación inch La velocidad anular es la velocidad con la cual el fluido de perforación o el cemento se desplaza en el espacio anular. Es importante monitorear la velocidad anular para garantizar la eliminación de recortes, desmoronamientos y otros detritos del pozo, a la vez que se evita la erosión de su pared. La velocidad anular se expresa generalmente en unidades de pies por minuto, o con menos frecuencia, metros por minuto

9 where: ROP = Rate of penetration by a bit (ft/hr); µ = bit-specific coefficient of sliding friction; N = rotational speed of drill bit (revolutions per minute (RPM)); DB = diameter of bit (inches); CCS = confined compressive strength (apparent strength of the rock to the bit (psi)); EFFM = mechanical efficiency of the bit (percent); WOB = weight on bit (pounds); and AB = area of bit (square inches).

10 Es el transporte desde el fondo hasta la superficie de las partículas generadas por la barrena, Ft. Una limpieza eficiente del pozo es cuando la capacidad de acarreo de recortes es > que 0.6 y tiende a uno.

11 La capacidad de un fluido de perforación en circulación de transportar fragmentos de roca fuera de un pozo. La capacidad de transporte es una función esencial del fluido de perforación, siendo sinónimo de la capacidad de limpieza del pozo y la elevación de los recortes de perforación. La capacidad de transporte es determinada principalmente por la velocidad anular, el ángulo del agujero y el perfil de flujo del fluido de perforación, pero también se ve afectada por el peso del lodo, el tamaño de los recortes de perforación y la posición y el movimiento de la tubería. El avance de los recortes hacia la superficie a una velocidad igual a la diferencia entre la velocidad del fluido y la velocidad de deslizamiento de la partícula se conoce como la velocidad de transporte, definida por: V VT= Va – VS = ft/min Vt= Velocidad de Transporte Va= Velocidad del Fluido. Vs= Velocidad de Deslizamiento

12 Relación de transporte. Vt= Velocidad de Transporte Va= Velocidad del Fluido. Vs= Velocidad de Deslizamiento

13 Factores que afectan la DEC: Densidad de lodo Perdidas de presión en el espacio anular Pa. Geometría del agujero, viscosidad efectiva, temperatura, presión, gasto o tasa de bombeo Velocidades de penetración y tamaños de los recortes Eficiencia de la limpieza del agujero DEC es la suma de perdidas de presión en el espacio anular divida:

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15 FLUJO LAMINAR: Rec = 3,470 – 1,370na FLUJO DE TRANSICIÓN: 3470 – 1370na < Rec < 4,270 – 1,370na FLUJO TURBULENTO: Rec = 4270 – 1370na Donde; Rec = Número de Reynolds Crítico en el anular. na = Constante de la Ley de la Potencia en fluidos de perforación

16 OPTIMIZACIÓN DE LA HIDRÁULICA Consiste en determinar la caída de presión en la barrena, de tal forma que la energía generada por el equipo de bombeo en superficie sea transmitida hasta el fondo del pozo para su correcta limpieza. Se obtiene determinando el tamaño de las toberas en la barrena. Se usan 2 métodos: Máxima potencia hidráulica en la barrena. Máxima fuerza de impacto del chorro de lodo en el fondo del pozo.

17 MÁXIMA POTENCIA HIDRÁULICA EN LA BARRENA

18 Máxima Potencia Hidráulica en la Barrena

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20 La máxima potencia hidráulica se obtiene: Donde: = pérdida de presión por fricción en la barrena óptima, psi = pérdida de presión parásita óptima, psi

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22 GASTO DE FLUJO ÓPTIMO

23 Diámetro de Tobera

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27 El término "velocidad anular crítica" se utiliza a menudo para describir la velocidad o la tasa de flujo con la que los sólidos arrastrados serán transportados eficientemente por el fluido anular. Si la velocidad del fluido cae por debajo de la tasa crítica, existirá el riesgo de que las partículas se depositen, formando capas o puentes que pueden obstruir el pozo.

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29 TIXOTROPÍA: La palabra “tixotropía” deriva del griego “thixis” que significa cambio, y se emplea para describir el fenómeno mediante el cual las partículas coloidales en estado de reposo forman geles, y cuando estos geles se someten a agitaciones enérgicas, se destruyen y forman fluidos viscosos. Una substancia presenta el fenómeno de la tixotropía, cuando la aplicación de un esfuerzo deformante reduce el grado de resistencia que ofrece la mezcla a fluir o a deslizarse. REOLOGÍA: Ciencia que estudia el flujo y la deformación de la materia. Parte de la física que estudia la relación entre el esfuerzo y la deformación en los materiales que son capaces de fluir. La reología de un fluido de perforación la podemos utilizar para: Calcular las pérdidas de presión por fricción. 1.Analizar la contaminación del fluido de perforación. 2.Determinar los cambios de presión en el interior del pozo durante un viaje. Esta propiedad, junto con la tixotropía, determina el tipo de flujo a emplear para que los fluidos de perforación realicen las siguientes funciones: 1.Transporte 2.Remoción 3.Suspensión

30 VISCOSIDADES VISCOSIDAD. Relación que existe entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte de un fluido. Es la fuerza de resistencia que se opone al movimiento del fluido. VISCOSIDAD APARENTE. Es la resistencia al flujo de un fluido, causada por las fuerzas de atracción de sus partículas y en menor grado por la fricción creada entre ellas a una determinada velocidad de corte. Se obtiene con la siguiente formula. µ = 600 2 VISCOSIDAD PLÁSTICA. Es la resistencia al flujo originada por la fracción mecánica, generada por el rozamiento y concentración de los sólidos entre si y la viscosidad de la fase líquida que los rodea. Se obtiene con la siguiente formula. µ = 600 − 300

31 PUNTO DE CEDENCIA. Es el esfuerzo mínimo de corte que debe aplicarse para que comience a desplazarse. Valor de la resistencia al flujo, debida a las fuerzas de atracción que existen entre las partículas o sólidos en suspensión. Es una condición dinámica. Se obtiene con la siguiente formula: = 300 − µ

32 LOS NEWTONIANOS: Se caracterizan por tener una relación de equilibrio lineal entre su tensión y su gradiente de velocidad cero a cero. LOS NO NEWTONIANOS: En estos su gradiente de velocidad dependerá de la viscosidad de dicho líquido, lo cual quiere decir que el líquido sufrirá una más alta o baja presión de acuerdo a su velocidad y viscosidad. Los fluidos se pueden clasificar en dos grandes grupos: Fluidos puramente viscosos, que solo exhiben propiedades viscosas; Fluidos viscoelásticos que exhiben propiedades viscosas y elásticas

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42 Es un instrumento de lectura directa utilizado para determinar: Viscosidad Aparente (µa ), Viscosidad Plástica (µp ), Punto de Cedencia (Yp ) y Gelatinosidades (Gel 10 seg /Gel 10min). La geometría del equipo, por diseño, es consistente con el Modelo Plástico de Bingham.