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20 mecánica de fluidos e hidráulica de perforación

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20 mecánica de fluidos e hidráulica de perforación

  1. 1. Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 1 FLUIDOS E HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN
  2. 2. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 2 Reología · Reo = Flujo · Logos = Estudio · La Reología es el estudio del flujo de fluidos.
  3. 3. Razones para estudiar la Reología · Se requiere la Reología para predecir: · Qué tan bueno es el transporte los recortes afuera del pozo · Qué tan buena es la limpieza de los ripios en la cara de la barrena. · Cuáles son las pérdidas de presión en el sistema. · Cómo se comporta el sistema de fluido con los regímenes de flujo que se emplean en el pozo. · En otras palabras se necesita entender la hidráulica de los fluidos de perforación. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 3
  4. 4. Reología · Caracterización de los Fluidos ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private Reología IPM 4 F A v + dv v -La fuerza de resistencia o arrastre es el esfuerzo de cortante -La diferencia en las velocidades dividido entre la distancia se llama la velocidad de cizallamiento.
  5. 5. Reología El esfuerzo cortante y la velocidad de cizallamiento: · Esfuerzo Cortante : Unidad : Lbf / 100 ft 2 ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 5 Fuerza que causa el corte área superficial de la lámina · Velocidad de cizallamiento: Unidad : 1 / seg (segundo recíproco) Diferencia de velocidad entre 2 láminas Distancia entre 2 láminas
  6. 6. En Unidades del sistema internacional de medidas, S.I.: æ æ gm cm 2 2 sec 4.79 ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private lbf lbf IPM 6 2 2 lbf 2 2 æ ö g 30 .48 sec 454 980 * 100 100 1 ö ÷ ÷ø ç çè ö ÷ø çè ÷ ÷ø ç çè = cm ft cm lbf ft ft Dyne 2 2 * 4.79 100 1 cm cm ft = =
  7. 7. Viscosidad · La viscosidad es la resistencia de un fluido a fluir y se define como la Razón del Esfuerzo cortante a la velocidad de cizallamiento. dyne ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 7 Poise cm => · t = 2 sec g m • La unidad “Poise” es algo grande, por lo que se prefiere expresar la viscosidad en “Centipoise” que es 1/100 de 1 Poise.
  8. 8. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 8 Fluidos Newtonianos Los fluidos Newtonianos son aquellos en los cuales la viscosidad permanece constante para todas las velocidades de cizallamiento siempre y cuando la temperatura y la presión permanezcan constantes. Ejemplos de Fluidos Newtonianos son: el agua, la glicerina y el aceite ligero. El esfuerzo cortante es directamente proporcional a la velocidad de cizallamiento: t g m = Esfuerzo Cortante Velocidad de Cizallamiento
  9. 9. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 9 Fluidos No Newtonianos •Los fluidos no newtonianos no muestran una proporcionalidad directa entre el esfuerzo de cortante y la velocidad de cizallamiento. La mayoría de los fluidos de perforación son no newtonianos. •La gráfica que se muestra es un ejemplo un fluido no Newtoniano. • La viscosidad de un fluido no Newtoniano se conoce como la viscosidad efectiva y para obtener su valor se debe especificar una velocidad de cizallamiento específica.
  10. 10. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 10 Modelo Plástico de Bingham Se han desarrollado varios modelos matemáticos para simular la reología de los fluidos de perforación. El que se usa más ampliamente en el campo es el Modelo Plástico de Bingham. Este modelo supone un comportamiento lineal de la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de cizallamiento, pero la línea no cruza el origen como sucede con los fluidos Newtonianos. Esfuerzo Cortante Velocidad de Cizallamiento
  11. 11. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 11 Modelo Plástico de Bingham La ecuación del modelo plástico de Bingham está dada por: Esfuerzo Cortante Velocidad de Cizallamiento p y t = m g +t y t La intercepción con el eje “y” se conoce como el Punto de Cedencia y es el esfuerzo que se requiere para hacer que el fluido se ponga en movimiento. La pendiente de la curva se conoce como la Viscosidad Plástica. Pendiente = PV Intercepción = YP Punto de Cedencia
  12. 12. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 12 Modelo Plástico de Bingham Viscosidad Plástica, PV: Los lodos de perforación normalmente están compuestos por una fase líquida continua en la cual están dispersos los materiales sólidos. La Viscosidad Plástica es la resistencia al flujo relacionada con la fricción mecánica que es causada por: •La concentración de sólidos. •El tamaño y forma de los sólidos. •La viscosidad de la fase líquida. En el campo la PV se considera como una guía para el control de sólidos. Se incrementa conforme el porcentaje volumétrico de sólidos se incrementa o si el porcentaje volumétrico permanece constante pero el tamaño de partículas disminuye. Por lo tanto, la PV se puede reducir al reducir la concentración de sólidos o disminuyendo el área superficial.
  13. 13. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 13 Modelo Plástico de Bingham Punto de Cedencia, YP - El punto de cedencia es la resistencia inicial al flujo debida a las fuerzas electroquímicas entre las partículas. Estas fuerzas son causadas por las cargas localizadas en la superficie de las partículas dispersas en la fase fluida. El punto de cedencia depende de: •Las propiedades superficiales de los sólidos en el lodo. •La concentración volumétrica de los sólidos. •El ambiente iónico del líquido que rodea a los sólidos. El YP se puede controlar por medio de un tratamiento químico adecuado. •Las cargas positivas en las partículas se pueden neutralizar por la adsorción de grandes iones negativos. Estos pueden ser aportados por productos químicos como: taninos, lignitos, lignosulfonatos, etc. •En caso de contaminación de iones como calcio o magnesio, estos se pueden remover como precipitados insolubles. •La dilución con agua también puede reducir el YP. Sin embargo, si la concentración de sólidos es demasiado elevada no va a ser efectiva.
  14. 14. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 14 Medición de la Reología Las propiedades reológicas de los fluidos de perforción se determinan en equipos como el mostrado aquí, llamado Reómetro o Viscosímetro Rotacional láminas paralelas infinitas
  15. 15. CILINDRO t = f (g ) (TAU), el esfuerzo cortante, depende del valor g ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private t IPM 15 Reometro (Viscosímetro Rotacional) ·Esfuerzo de Cortante = f (Lectura observada) ·Velocidad de cizallamiento = f (RPM de la cubierta) ·Esfuerzo de Cortante = f (Velocidad de Cizallamiento) Cubierta fluido de (GAMMA), la velocidad de cizallamiento
  16. 16. Dinas Tiene unidades de ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 16 Viscosímetro Rotacional · La plomada y el cilindro están dispuestos de tal forma que cuando las RPM vistas en la escala, al ser multiplicadas por una constante (1.7) tienen unidades de segundos recíprocos. · La lectura observada x 1.0678 = (lb/100ft2) ö multiplicado por 5.11 ( 1.0678 x 4.79 ) lo convierte a dinas/cm2 Poise cm Sec Lectura x 1.0678 x 4.79 Þ 2 - 1 RPM de la Camisa x 1.7 x
  17. 17. Reómetro – Caso base ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 17 RPM seg-1 3 5.11 6 10.22 100 170 200 340 300 511 600 1022 RPM x 1.703 = seg-1
  18. 18. Velocidades de Cizallamiento típicas en un Pozo Loclización Velocidad de Cizallamiento (sec-1) Tub. de Perf. 100-500 Lastra barrena 700-3000 Toberas de la barrena 10,000 – 100,000 Eapacio Anular 10 - 500 Presas de Lodo 1 - 5 ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 18
  19. 19. De Regreso al Modelo Plástico de Bingham ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 19
  20. 20. PV =Pendiente, YP = Intersección PENDIENTE INTERSEPTO f - f Pendiente x x = - = Yp PV = - Yp PV ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private f - f 600 300 Pendiente x 5.11 estatendráunidadesdePoise en Centipoises - 5.11 600 300 Pendiente x x 3 100 600 300 = = - Pendiente PV Unidades cp IPM 20 x x = - = - = - = 600 300 300 100 1.7 600 300 1.7 600 300 f f f f f f 300 300 0 lbf 100 2 0 300 0 100 5.11 1.7 300 0 pie = Unidades - = f f f f
  21. 21. Limitaciones del Modelo Plástico de Bingham Los fluidos de perforación típicos tienen valores más bajos a velocidades de cizallamiento bajas. Por lo tanto, el modelo plástico de Bingham no funciona para predecir la reología del lodo en el espacio anular por ejemplo. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 21
  22. 22. Otros Parámetros que se Miden con el Viscosímetro Fann VG LSRYP: Low Shear Rate YP Punto de cedencia a baja velocidad de cizallamiento – Medida de la viscosidad del lodo a baja velocidad de cizallamiento. Mide la capacidad del lodo para transportar recortes en el espacio anular. Mientras más grandes sean los recortes más elevado será el valor LSRYP requerido. Se calcula con la expresión: ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 22 LSRYP =(f3x2) -f6 Como una regla práctica el LSRYP debe estar cerca al diámetro del pozo en pulgadas.
  23. 23. Otros Parámetros que se Miden con el Viscosímetro Fann VG Fuerza de Gel – Fuerzas de Gel de 10 seg y 10 minutos indican las fuerzas de atracción desarrolladas en el fluido cuando se encuentra bajo condiciones estáticas durante dichos intervalos de tiempo. Los valores excesivos son una indicación de que hay una alta concentración de sólidos. La gráfica muestra los tipos de fuerza de gel. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 23
  24. 24. Otros Parámetros que se Miden con el Viscosímetro Fann VG Se usa para encontrar la viscosidad real a unas RPM dadas. 300f600 f m = = a ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private Viscosidad Efectiva = IPM 24 N N e f m 300 = Viscosidad aparente = 600 2 600 Es un indicador de que individualmente o en forma simultánea el YP y la PV están incrementando
  25. 25. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 25 Ejemplo de cálculo · Dadas las lecturas del Viscosímetro Fann V – G de: 64 @ 600 RPM 40 @ 300 RPM Calcular la PV, el YP y la Viscosidad Aparente a 600 y la viscosidad efectiva a 300 RPM PV = f f 600 - 300 = 64 – 40 = 24 YP = f 300 – PV = 40 – 24 = 16 Visc. Ap.@ 600 = 300 x lectura@ 600/rpm= 300x64/600 = 32 Visc. Efect.@ 300 = 300 x lectura@300/300 = 40
  26. 26. Modelo de la Ley de Potencia – Se utiliza para simular el comportamiento de fluidos de perforación basados en polímeros que no tienen un esfuerzo de cedencia. (por ejemplo las salmueras transparentes viscosificadas). La ecuación general para este modelo es: t =Kg n K es el índice de consistencia, “n” es el índice de comportamiento de flujo. 0 < n < 1.0 Tanto K como n son particulares para cada fluido. Modelo de la Ley de Potencia ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 26 Otros Modelos de Reología Newtoniano velocidad de cizallamiento Esfuerzo Cortante
  27. 27. Otros Modelos de Reología 3.32 log ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 27 t =Kgn 600 f “n” se puede obtener de : 300 f n = y sus unidades son adimensionales. 511 *f 300 = “K” se puede obtener de : n K 511 y sus unidades están en centipoise.
  28. 28. Otros Modelos de Reología Modelo de la Ley de Potencia Modificado = Modelo Herschel-Bulkley Modelo usado para simular el comportamiento de la mayoría de los fluidos de perforación. Toma en cuenta el esfuerzo de cedencia para iniciar el flujo, que tiene la mayoría de los fluidos. n t =ty +Kg Modelo de Ley de Potencia Modificado ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 28 Velocidad de Cizallamiento Esfuerzo Cortante Newtoniano
  29. 29. Otros Modelos de Reología ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 29 n t =ty +Kg Los valores para “K” y “n” se obtienen en la misma forma que para el modelo de la ley de potencia para flujo en tubería; sin embargo varían ligeramente para flujo anular. Esto se va a mostrar posteriormente.
  30. 30. Ejercicio para Fluido Newtoniano ( Ejercicio 4.16 del Libro de texto Applied Drilling Engineering) · Área de la lámina superior = 20 cm2 · Distancia entre láminas = 1 cm · Fuerza requerida para mover la lámina superior a 10 cm/s= 100 dynes. · ¿Cuál es la viscosidad del fluido? ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 30
  31. 31. SOLUCIÓN AL EJERCICIO 4.16 esfuerzoc or tan te F A = = = - / dina s ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 31 100/20 dinas/cm 0.5 0.5 poise 5 10 2 = = = cm 1 - 2 10/1 seg / Velocidad de Corte V L m m = 50 cp
  32. 32. Ejercicio para Fluido Plástico Bingham ( Ejercicio 4.17 del libro de texto ADE ) ·Fluido Plástico Bingham ·Área de la lámina superior= 20 cm2 ·Distancia entre las láminas= 1 cm · 1. Fuerza Min. Para hacer mover la lámina = 200 dinas · 2. Fuerza para mover la lámina a 10 cm/s = 400 dinas · Calcular el Punto de Cedencia y la Viscosidad Plástica ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 32
  33. 33. SOLUCIÓN AL EJECICIO 4.17 200 dinas y t = = = lbf p = y t = = 2.09 lbf/100 pie 2 ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private · Punto de cedencia: IPM 33 dinas 2 2 10 20 cm cm Fy A dinas 2 2 4.79 100 p ero 1 cm ie 10 4.79
  34. 34. p m t t m g y p = + está dado por 200 dinas · Viscosidad plástica, = + æ - dina s 10 cm/s 2 = 1 1 poise ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private 400 dinas IPM 34 SOLUCIÓN AL EJERCICIO 4.17 - 20 10 10 = i.e. 100 cp p m = = cm p m ö ÷ø çè 1 cm 20 cm 20 cm 2 2 p m
  35. 35. Ejercicio para Fluido de Ley de Potencia ( Ejercicio 4.18 del libro de texto ADE) · Área de la lámina superior = 20 cm2 · Distancia entre láminas = 1 cm · Fuerza sobre la lámina superior = 50 dinas si v = 4 cm/s · Fuerza sobre la lámina superior = 100 dinas si v = 10 cm/s · Calcular el índice de consistencia (K) y · el índice de comportamiento de flujo (n) ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 35
  36. 36. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private 4 4 4 50 = æ 2 .5 4 IPM 36 Solución para el Ejemplo 4.18 · v = 4 cm/s ( )n n n K K K 1 20 = ÷øö çè = × t g · Área de la lámina superior = 20 cm2 · Distancia entre láminas = 1 cm · Fuerza sobre la lámina superior = 50 dinas si V = 4 cm/s (i)
  37. 37. × · Área de la lámina superior = 20 cm2 ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private t = g 100 IPM 37 Solución al Ejemplo 4.18 · v = 10 cm/s 10 ( )n n n 10 10 5 K 10 1 K 20 K = ö ÷ø çè= æ · Distancia entre láminas = 1 cm · Fuerza sobre la lámina superior = 100 dinas , si V = 10 cm/s (ii)
  38. 38. Solución al Ejemplo 4.18 · Despejando K y sustituyendo en ii encontramos que n es : ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private 2.5 de i K .... : n log 2 log 2.5 IPM 38 4 n = = n = 0.7565 ( )n 2.5 = K 4 (i) ( )n (ii) 5 = K 10
  39. 39. Ejemplo de Solución 4.18 K n 0.7565 = = = ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private · De la Ecuación (ii): IPM 39 ( )n 5 = K 10 (ii) 0.8760 eq. poise 10 5 5 10 K = 87.6 eq.cp. L Br
  40. 40. Reología – Flujo de Tapón Perfil de Velocidad ( Movimiento en flujo de tapón) La velocidad es igual en el centro y en la pared. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private Tipos de Flujo IPM 40
  41. 41. Reología – Flujo Laminar ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private Tipos de Flujo IPM 41 Perfil de Velocidad ( Movimiento deslizante ) La velocidad es máxima en el centro
  42. 42. Reología – Flujo Turbulento Perfil de Velocidad ( Movimiento en remolinos, pero un perfil plano) Velocidad promedio de partículas es uniforme (no cerca de la pared). ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private Tipos de Flujo IPM 42
  43. 43. ¿Flujo Turbulento o Laminar? Reología – Velocidad Crítica ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 43 Flujo Turbulento Flujo Laminar Punto de transición Velocidad crítica Velocidad de Cizallamiento Esfuerzo de cortante
  44. 44. ¿Flujo Turbulento o Laminar? Reología – Número de Reynolds · El número de Reynolds toma en consideración los factores básicos del flujo en la tubería: · La tubería, el diámetro, la velocidad promedio, la densidad del fluido y la viscosidad del fluido. · Re = Velocidad x diam del tubo / diámetro del espacio anular x densidad / viscosidad efectiva del fluido · Laminar < 2100 - Transición - 3000 < Turbulento El régimen de flujo particular de un fluido de perforación durante la perforación puede tener un efecto importante en parámetros tales como pérdidas de presión, limpieza del fondo y estabilidad del pozo. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 44
  45. 45. Hidráulica del Equipo de Perforación · Objetivos · Introducción a la hidráulica del equipo de perforación · Cálculos hidráulicos · Optimización de los aspectos hidráulicos ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private · Contenido: IPM 45
  46. 46. Al final de este Módulo USTED va podrá entender: 1. El sistema de circulación 2. Ejemplos de cálculos 3. La optimización de la hidráulica de perforación ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private Objetivos IPM 46
  47. 47. · Sistema de Circulación: ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 47 Hidráulica de la Perforación Bomba de lodos Tubería de Perforación Espacio Anular Barrena Tubería de Revestimiento & cemento Agujero Abierto Barrena presa
  48. 48. Presiones en el Sistema Circulante ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 48 P6 Pdp PSuperf Pdc Pbarrena Padp Padc PBomba
  49. 49. Las caídas de presión en el sistema son PBomba = PSuperf + Pdp + Pdc + Pde barrena +Padp + Padc ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 49 Pérdidas de Presión Reacomodando PBomba = Pbarrena+(PSuperf. + Pdp + Pdc +Padp + Padc ) Todas las pérdidas de presión que están del lado derecho de la pérdida de la barrena con frecuencia se llaman las pérdidas «Parásitas » PT = Pbit +Pc
  50. 50. Cálculo de las Pérdidas de Presión · Pérdidas de Superficie · Pérdidas en la Sarta – Modelo Plástica de Bingham · Pérdidas en la Sarta – Modelo de la Ley de Potencia · Caída de Presión a través de la Barrena ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 50
  51. 51. Pérdidas de presión en los Equipos de Superficie En la práctica, únicamente hay sólo cuatro tipos de Equipos de Superficie. Cada tipo se caracteriza por las dimensiones del “stand pipe”, la kelly, la manguera rotaria y la unión giratoria. La tabla que sigue resume los cuatro tipos de Equipo de Superficie y su equivalencia en longitud con una tubería de 3.826 pulgadas de ID. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 51
  52. 52. Cálculo de las Pérdidas de Presión · Pérdidas en Superficie · Pérdidas de Sarta con el modelo Plástico de Bingham · Pérdidas de Sarta de Ley de Potencia · Caída de Presión a través de la Barrena ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 52
  53. 53. Modelo Plástico de Bingham (Tubería) Determine la velocidad promedio y la velocidad crítica ( y Vc): + + r PV PV D YP ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private A. Flujo en la Tubería IPM 53 ..... / min 24.5 Q 2 pie D V = .... / min 97 97 2 8.2 2 pie D Vc r = V
  54. 54. Modelo Plástico de Bingham (Tubería) Si V > Vc, el flujo es turbulento; utilice r 0.75 1.75 m 0.25 r m 0.75 1.75 0.25 Q L L * YP = = m P .. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 54 Si V < Vc, el flujo es laminar; utilice psi D L V D 225 1500 2 = + psi v P .. 8624 * d 1800 * d L 4.75 1.25
  55. 55. Modelo Plástico de Bingham (Espacio Anular) Determine la velocidad promedio y la velocidad crítica ( y Vc): 24 .5 2 2 pie D OD + + r PV PV D YP ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private B. Flujo Anular IPM 55 .... /min 97 97 2 6.2 ( 2 ) pie D Vc e e r = ..... / min Q V h - = donde: De = Dh - OD V
  56. 56. Modelo Plástico de Bingham (Espacio Anular) Si V > Vc, el flujo es turbulento; utilice 0.75 1.75 0.25 v P .. - Si V < Vc, el flujo es laminar; utilice L YP L V 1000 ( d d ) 2 1 ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 56 ( ) 200 ( ) 2 2 1 d d P - + - = m ( ) psi 1396 * d d L 1.25 2 1 = r m
  57. 57. Cálculo de las Pérdidas de Presión · Pérdidas en Superficie · Pérdidas de Sarta Plástica de Bingham · Pérdidas de Sarta con la Ley de Potencia Modificado · Caída de presión a través de la Barrena ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 57
  58. 58. Pérdidas de Sarta con la Ley de Potencia Modificado El modelo de la Ley de Potencia Modificado o Modelo de Herschel-Bulkley es el modelo matemático que describe mejor el comportamiento de los fluidos de perforación. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 58
  59. 59. Pérdidas de Presión dentro de la Tubería ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 59 Factor de fricción de Fanning
  60. 60. Pérdida de Presión dentro de la Tubería ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 60 D = Diámetro interno del tubo (pulgadas)
  61. 61. Pérdidas de Presión en el Espacio Anular ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 61
  62. 62. Pérdidas de Presión en el Espacio Anular ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 62
  63. 63. · Cuando se calculan las pérdidas de presión utilizando el modelo de la Ley de Potencia modificado, la siguiente secuencia se debe usar para cada uno de los intervalos de tubería y de espacio anular, utilizando las ecuaciones para el tubo y el espacio anular de manera correspondiente: 1. Derive las lecturas q600 y q300 de PV & YP. 2. Derive la lectura q100 de las lecturas q600 y q300. 3. Encuentre los parámetros n y k 4. Obtenga la velocidad global promedio 5. Encuentre la viscosidad efectiva ( μe ) 6. Encuentre el número de Reynolds. ( Nre ) 7. Obtenga el factor de fricción de Fanning. 8. Calcule la pérdida de fricción para la sección especificada. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 63 Cálculos Hidráulicos
  64. 64. Cálculo de las Pérdidas de Presión · Pérdidas de Superficie · Pérdidas de Sarta Plástica de Bingham · Caída de Presión a través de la Barrena ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 64
  65. 65. Cálculo de la hidráulica en la Barrena · Pérdida de Presión a través de las Toberas de la Barrena; En tér os de Toberas avos min (1/ 32" ) 12.51 Q 2 1 .... æ r En ter os de TFA pu min ( lg ) ö ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private b xA P IPM 65 DPb , Pérdida de presión en la barrena en psi Q , Velocidad de bombeo en gpm Nn , Diámetro de toberas en 1/32 de pulgada r , densidad de lodo en ppg 2 2 104.24 ö ÷ ÷ø æ ç çè = t Q P r 2 2 2 3 2 2 ÷ ÷ø ç çè + + + = n b N N N N D D
  66. 66. Cálculo de la hidráulica en la Barrena · Velocidad de chorro o tobera. ·Nota: Aunque se puede correr más de un tamaño de tobera en una barrena, la velocidad de tobera va a ser la misma para todas la toberas: El área de flujo total se puede obtener de : ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private 418 .3 Otra ecuación para la velocidad de las toberas es: IPM 66 2 n D Q Vn S = · donde: · Vn , velocidad en la tobera en pies/seg · Q, velocidad de bombeo en gpm · .S Dn 2 , suma de los diámetros de la tobera al cuadrado en 1/32 de pulgada. r b n P V D = 33.4 Q n V A = 0.32
  67. 67. Cálculos Hidráulicos Ejercicio # 1 121/4 ” pozo = 9000 pies 13 3/8” a = 7980 pies 72# P110 Q = 500 gpm Peso de Lodo = 17.5 lb/gal PV = 40 YP = 30 3 RPM lectura = 8 Tubería de Perforación = 5” ( 4.276 ” ID ) Collares de perforación = 8” ( 3” ID ) , 350 pies Presión de bombeo máxima = 3500 psi Equipo de Superficie Caso 3. Calcule: 1. Las pérdidas de presión totales 2. Perd de P. en la barrena ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 67 3. Tamaños de tobera 4. ECD USE AMBOS MODELOS EL DE BINGHAM Y EL DE LEY DE POTENCIA MODIFICADO
  68. 68. En general, los aspectos hidráulicos de la barrena se optimizan para mejorar la velocidad de perforación; sin embargo, hay muchos factores que afectan la velocidad de perforación: • Tamaño de la barrena • Tipo de la barrena • Características de la barrena • Tipo y resistencia de la formación • Aspectos hidráulicos de la barrena El objetivo de la optimización hidráulica es obtener un buen equilibrio en controlar las presiones en el pozo, el gasto o tasa de bombeo, la limpieza del pozo, la presión de bombeo, ECD y la caída depresión a través de la barrena. La presión y la velocidad de circulación máximas son restricciones limitadas ligadas a las capacidades del equipo de perforación. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 68 Hidráulica de la Perforación
  69. 69. Cálculos Hidráulicos Ejercicio # 2 Si la profundidad total de la sección de pozo de 12 ¼” está a 14,000 pies, y el objetivo era perforar toda la sección con una barrena, ¿qué tamaño de toberas escogería? (suponga que la tasa de bombeo y la reología del lodo permanecen constantes). ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 69
  70. 70. En general la meta es usar del 50% al 65 % de la presión de circulación máxima permisible en la barrena. • Se considera que el sistema está optimizado para fuerza de impacto cuando la pérdida de presión en la barrena se aproxima al 50 % • Se considera que el sistema está optimizado para potencia hidráulica cuando la pérdida de presión en la barrena se aproxima a 65 %. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 70 Hidráulica de la Perforación
  71. 71. La siguiente gráfica tomada del manual de MIDF ilustra la diferencia entre optimizar para potencia hidráulica y para fuerza de impacto. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 71 Hidráulica de la Perforación
  72. 72. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 72 Cálculos de Presión Ejercicio # 3 ¿Cuál es el porcentaje de caída de presión a través de la barrena en los ejercicios 1 y 2? Si el ejercicio # 2 fuera continuado, cuál sería la presión de bombeo al perforar a 9000 pies ? ¿Qué podría usted hacer para aprovechar esta situación?
  73. 73. Hidráulica de la Perforación · HHP en la barrena = (DPb Q ) / 1714 ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private · Potencia Hidráulica; · Donde; IPM 73 · HHP , potencia hidráulica, · .DPb , pérdida de presión en la barrena en psi, · Q , gasto o caudal de la bomba en gpm. · HHP en la bomba = (DPt Q) / 1714 · Donde; · HHP , potencia hidráulica, · DPt , pérdida de presión total en psi ( SPP), · Q , gasto o caudal de la bomba en gpm.
  74. 74. Potencia hidráulica por pulgada cuadrada de área de la barrena ( HSI ) Hay un término que se usa en la hidráulica de perforación para tener una mejor idea de la magnitud de la potencia hidráulica. A este término se le llama potencia hidráulica por pulgada cuadrada de área de cara de la barrena (H.S.I, por sus siglas en inglés) y básicamente se obtiene al dividir la potencia hidráulica entre el área del diámetro del pozo que está perforando la barrena. H.S.I = HHP disponible en la barrena/área de la cara de la barrena ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 74 Hidráulica de la Perforación
  75. 75. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 75 Cálculos de Presión Ejercicio # 4 Calcule la Potencia Total, la Potencia en la Barrena y el H.S.I. para el Ejercicio1, 2 y la segunda pregunta del ejercicio 3.
  76. 76. Cálculos de la hidráulica en la Barrena · Fuerza de Impacto del Chorro; r n ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 76 · La fuerza que ejerce el fluido al salir por debajo de la barrena, · Se expresa como: 1930 i QV F = Donde: Fi , la fuerza del impacto de chorro en libras Q, gasto o tasa de bombeo en gpm, Vn , velocidad del chorro en las toberas en pies/seg r , densidad de lodo en ppg
  77. 77. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 77 Cálculos de Presión Ejercicio # 5 Calcule la fuerza de impacto de chorro para los ejercicios 1, 2 y la segunda pregunta del ejercicio 3.
  78. 78. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 78 Cálculos de Presión Ejercicio # 6 Realice el ejercicio 1 utilizando “drilling office” de tal manera que: •Se realicen dos corridas de barrena. •Cada corrida de barrena se optimice para H.S.I. ¿Cuáles son las configuraciones de tobera en cada corrida y a qué profundidad se debe realizar el viaje para cambiar las toberas?
  79. 79. ´Fluidos e Hidráulica Schlumberger Private IPM 79 Fin del Módulo

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