22 principios de hidráulica de perforación

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22 principios de hidráulica de perforación

  1. 1. Principios sobre Hidráulica de Perforación IPM 1 Principios sobre Hidráulica de Perforación Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores
  2. 2. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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
  3. 3. Principios sobre Hidráulica de 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 Hidráulica de la Perforación
  4. 4. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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. Hidráulica de la Perforación
  5. 5. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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. Hidráulica de la Perforación
  6. 6. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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. Hidráulica de la Perforación
  7. 7. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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. Hidráulica de la Perforación
  8. 8. Principios sobre Hidráulica de Perforación IPM 8 • Limpieza del Agujero: • Velocidad Anular, • Velocidad de penetración (ROP), • Viscosidad, • Angulo del Agujero, • Densidad del Lodo, • Ensanchamiento del Agujero por erosión (lavado) Hidráulica de la Perforación
  9. 9. Principios sobre Hidráulica de Perforación IPM 9 • Sistema de Circulación: Hidráulica de la Perforación Bomba de lodos Tubería de Perforación Espacio Anular Barrena Barrena Agujero Abierto Tubería de Revestimiento & cemento Presa de Lodo
  10. 10. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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. Hidráulica de la Perforación
  11. 11. Principios sobre Hidráulica de Perforación IPM 11 • Margen Operativo de las Presiones del Lodo: Presión Hidráulica de la Perforación Profundidad Presión de poros DEC Presión de Fractura Presión Hidrostática del Lodo
  12. 12. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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). Hidráulica de la Perforación
  13. 13. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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) Hidráulica de la Perforación
  14. 14. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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. Hidráulica de la Perforación
  15. 15. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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. Dh , diámetro del agujero en pulgadas Dp , diámetro de la tubería en pulgadas n, valor “n” en laLey de potencia = log (Θ600 /Θ300 ) /log (600/300) Θ300 , lectura del viscosímetro Fann a 300 RPM Hidráulica de la Perforación
  16. 16. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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. Dh , diámetro del agujero en pulgadas Dp , diámetro de la tubería en pulgadas RNC , Número Reynolds crítico , usualmente 2,000 ρ densidad del lodo en lbs/gal Hidráulica de la Perforación
  17. 17. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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 Hidráulica de la Perforación
  18. 18. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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 Hidráulica de la Perforación •• Densidad Equivalente de CirculaciónDensidad Equivalente de Circulación (DEC):(DEC):
  19. 19. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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 Hidráulica de la Perforación
  20. 20. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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 Hidráulica de la Perforación
  21. 21. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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. Hidráulica de la Perforación
  22. 22. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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 Hidráulica de la Perforación
  23. 23. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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 Hidráulica de la Perforación
  24. 24. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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. Hidráulica de la Perforación
  25. 25. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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.
  26. 26. Principios sobre Hidráulica de Perforación 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 Hidráulica de la Perforación

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