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• Conjunto de BOPConjunto de BOP

Términos Básicos de la presión en la perforación

1.- Presión de Formación 2.- Presión de Fractura 3.- Prueba de integridad de la formación 4.- Prueba de Admisión 5.- Densidad de lodo Equivalente 6.- Perdidas de presión y presión de circulación 7.- Presión de Compresión ( Surge ) y de Pistoneo ( SWAB ) 8.- Presión de fondo de pozo a.- Pozo Estático b.- Circulación Normal c.- Circulación con BOP Rotativa 9.- Presión Diferencial ( condiciones estáticas ) a.- Sobre-balanceada b.- Sub-balanceada c.- Balanceada

Presión Hidrostatica.- PSI = PPGx0.052xDepth

Gradiente de presión.- ( PSI per Foot of Depth )

Grad. Presión = PSI/Depth = PPG x 0.052

Densidad de lodo equivalente:

Es la suma de todas las presiones ( Hidrostáticas , de estrangulador o contrapresión , presión aplicada, presión de surgencia, pérdidas de presión de circulación, etc. ).

Si se conoce estas presiones o si se las puede estimar entonces, la DEL (EMW) puede calcularse de la siguiente manera:

DEL = Perd. Presión total (psi)/Prof. (pies) TVD x 0.052 + Densidad actual

Problemas 1.- Que Presión de ensayo ( prueba ) se deberá usar para probar una

formación con una densidad de lodo equivalente de 13.4 PPG ? Profundidad MD = 5890 pies TVD = 1751 m Densidad de lodo Actual = 9.1 PPG

2.- Cual es la DEL (EMW) en una zona dada cuando se cierra un pozo con las siguientes características?

Profundidad MD = 950 m TVD = 915 m Densidad del fluido Actual = 8.8 PPG PCIC ( SICP ) = 375 PSI

HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN ROTATORIA

1.- Introducción

La hidráulica es la técnica empleada para realizar trabajos mecánicos por medio de fluidos a presión. En nuestro curso dedicado a esta técnica, estudiaremos los elementos que se emplean y además, todos los conocimientos necesarios para entender más claramente la hidráulica del fluido de perforación.

2.- Ecuaciones de Hidráulica

3.- Presiones Hidrostáticas en Columnas de Fluidos

4.- Caída de Presión a través del Sistema Circulatorio de Circulación

5.- Presiones de Surgencia debido al Movimiento Vertical de Tuberías

6.- Optimización de la Hidráulica

La reología se define como la ciencia que estudia la deformación y el flujo de la materia. Esto es como un material responde a fuerza.

Por ejemplo, la miel podrá fluir a través del orificio de un embudo de

vidrio, mientras esto no ocurrirá con la mayonesa. Sin embargo la mayonesa es mucho más fácil de esparcir sobre

una rodaja de pan que la miel.

La reología provee las herramientas para entender estos comportamientos diferentes. La figura siguiente muestra un fluido sometido a una deformación simple entre dos platos paralelos. El plato inferior es estacionario, mientras que el plato superior se mueve a una velocidad v como consecuencia de una fuerza F aplicada al mismo. 

El movimiento del plato establece un gradiente de velocidad en el fluido. Esta geometría puede ser usada para definir algunos parámetros reológicos tales como:

Esfuerzo de corte ó cizalla ( t )

Se define como la fuerza por unidad de área necesaria para alcanzar una dada deformación. Las unidades de esta magnitud son Dinas / cm2 

t = F (Fuerza) = DINA        A(Area)       cm2

Velocidad de Corte ó Cizalla ( g )

Se define como el cambio de velocidad v a través de la distancia h entre los dos platos. Las unidades son 1/segundo. La velocidad de corte se incrementa a medida que la velocidad del plato superior aumenta y la distancia entre los dos platos se hace más pequeña        g =  dv =   cm/s = s -1        dh        cm

El fluido entre los platos resiste el movimiento del plato superior y esta resistencia al flujo es determinada por la viscosidad del fluido (h).

Viscosidad (U)

Se define como la relación entre el esfuerzo de corte aplicado y la velocidad de corte adoptada por el fluido. La viscosidad en el sistema de unidades cgs se expresa en Poise .

U (viscosidad) = t (Esfuerzo de corte)   = Poise                              g (Velocidad de corte)

Existen dos tipos diferentes de comportamientos reológicos bien marcados:

Fluidos Newtonianos y Fluidos No Newtonianos.

En el primero la viscosidad es constante independientemente del esfuerzo de corte al cual se somete el fluido. y en el segundo la viscosidad depende del esfuerzo de corte aplicado.

Un gráfico de esfuerzo de corte ó viscosidad en función de la velocidad de corte se conoce como reograma.

El reograma para un fluido Newtoniano es una línea recta cuya pendiente es la Viscosidad.

La mayoría de los materiales con alguna significancia industrial son no Newtonianos.

Hay varios tipos de comportamientos no Newtoniano.

Flujo Dilatante: La viscosidad aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte al cual es sometido el fluido.

Flujo Pseudoplástico: La viscosidad disminuye a medida que aumenta el esfuerzo de corte sobre el fluido.

Flujo de Bingham ó Plástico:  El producto presenta un valor umbral de esfuerzo de corte (ty ), el cual es necesario sobrepasar para que el fluido se ponga en movimiento.

REOGRAMAP

unto

de cede

ncia

Ten

sió

n d

e co

rte

lb

s/10

0 ft

2

Velocidad de corte (RPM ) sec -1

Binghan Plastic

os

Pseudoplásticos

Dilata

ntes

Newtonianos

Es necesario definir el concepto de Viscosidad aparente (hap ): Esto se ejemplifica en la figura donde se ve que a medida que la velocidad de corte aumenta, la pendiente de la línea de viscosidad aparente disminuye indicando una disminución en la misma

La figura muestra un gráfico de logaritmo de la viscosidad aparente en función del logaritmo de la velocidad de corte para un material pseudoplástico. Si este gráfico da una línea recta el material se denomina un fluido que responde a la denominada power law

.

.                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

La pendiente nos da el índice de shear thinning (n ) del fluido. En gran medida la razón para un comportamiento no

newtoniano se debe a la presencia de partículas La figura muestra el flujo de una partícula sometida a un

esfuerzo de corte. El campo de corte generado en el fluido establece un gradiente de velocidad a través de la partícula. Sin embargo siendo rígida la partícula puede moverse a través del fluido sólo a una única velocidad. Por esta razón, el gradiente de velocidad generado en el fluido provoca la rotación de la partícula.

La fuente de comportamiento pseudoplástico ( shear thinning) de una suspensión se puede ver en la figura

Reograma del Modelo P

unto

de cede

ncia

Ten

sio

n d

e co

rte

lb

s/10

0 ft

2

Velocidad de corte (RPM ) sec -1

Binghan Plasticos

300 RPM

511 1022

600 RPM

75

50

VP

YP

Ley

de P

oten

cia

Real

Análisis de los flujos

flujo laminar Vc V flujo Turbulento Vc V

No Flujo 0 pies /minutos Flujo Tapon 50 pies/minutos Flujo Laminar 50 a 200 pies/minutos Velocidad Critica 200 pies/minutos Flujo Turbulento mayor a 210 pie/minutos

Para la hidráulica : Determinar las propiedades reológicas

Binghan = VP y YP Exponencial = n y k

Determinar Velocidad del lodo ( Pies/minutos )

Determinar Velocidad Critica ( Pies/minutos )

Determinar si el flujo es Laminar o Flujo Turbulento ( comparar )

Si es laminar, determinar perdidas de presión

Si es Turbulento, determinar el coeficiente de fricción

Luego determinar las perdidas de presión

En el espacio anular el flujo es laminar, nunca turbulento, pues puede erosionar las paredes del pozo.

En la sarta de perforación el flujo es turbulento

Los parámetros para determinar la hidráulica son:

1.- Caudal (bbls/min o GPM ) para determinar la Velocidad del lodo en pie/min o pie/seg

2.- Geometria del pozo

3.- Propiedades reólogicas : si es potencia “n” y “k” si es Bingham YP y VP 4.- Densidad del lodo

Presión Hidráulica La presión en algún punto dado en la circulación es la suma de la

Hidrostática, Hidráulica y las presiones impuestas en el cual existe al punto. Tipíicamente la presión hidráulica puede ser calculada en orden: Determinar la presión total que se ejerce en el zapato de la cañería, el

fondo pozo y algún otro punto ( zona potencial de perdida ) . Esta presión determinada es convertida a PPG equivalente y reportada

como E.C.D. ( Equivalente Circulating Density ) para la profundidad. Determinar la presión de bomba anticipada :

- Propiedades del lodo - Configuración de la herramienta ( Drill String Configuration ) - Diámetro de Trepano - Total area de flujo del trepano ( Total Flow Area for bit ) - Caudal ( Flow Rate ) Determinar el diámetro de boquillas del trepano cuando se da :

- Máxima presión de bomba permitida - Propiedades de lodo - Drill String Configuration - Bit Size - Flow rate

Power Law o Modelo Exponencial

Para utilizar el modelo exponencial para la evaluación del movimiento se deben calcular los parámetros hidráulicos de “n” y “k”.

n es llamado el Indice de Comportamiento No-Newtoniano. Para fluido Newtonianos poseen n = 1 a medida que n disminuye la

viscosidad y el comportamiento no-newtoniano del fluido se incrementa. Gráficamente “n” sera la pendiente de la curva graficada en papel log-log

n = 3.32x log (lectura 600 RPM/Lectura 300 RPM)

“k” es denominado el Indice de consistencia o de bombeabilidad del fluido. Es la Viscosidad a 1 sec -1. Graficamente es la intersección de la curva reologica en papel log-log con la velocidad de corte equivalente a 1 sec -1. A mayor “k” le corresponde mayor Viscosidad

k = 1.07 x (lectura de 300 RPM/ 521 n)

El procedimiento para el calculo de las caídas de presión es idéntico al seguido por Bingham Plastic.

Se debe determinar las velocidades de flujo en cada sección y se deben comparar con las velocidades críticas para las mismas secciones. Luego dependiendo del tipo de flujo se aplican las ecuaciones correspondiente para calcular las caídas de presión sección por sección.

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