HIDRAULICA APLICADA A LA PERFORACION.OBJETIVO: CONOCER EVALUAR Y APLICAR LOS CONOCIMIENTOS MINIMOS NECESARIOS PARA

ENTENDER LOS PRINCIPIOS BASICOS DE LA PERFORACION

CONTENIDO

.- DEFINICION

.- APLICACIÓN

.- PROPIEDADES REOLOGICAS

.- PRESIONES, CAIDA DE PRESION

.- VOLUMEN

HIDRAULICA

ES LA FUERZA MECANICA QUE ESTUDIA EL COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS EN

MOVIMIENTO ASI COMO LA TRANSFORMACION DE LA ENERGIA Y EFECTOS DE FLUJO.

UNA DEFINICION MAS TECNICAES LA FUERZA EJERCIDA POR UN FLUIDO EN

MOVIMIENTO ATRAVEZ DE UN ESPACIO

Fluidos de Perforacion

• El fluido de perforacion influye basicamente para la optimizacion de la hidraulica en la perforacion de un pozo. Quien desempeña varias funciones. Tales como.

• .- Limpiar de recortes el fondo del agujero y transportarlos a la superficie.

• .- Lubricar y enfriar la barrena• .- Mantener estables las paredes del agujero.• .- Controlar las presiones de formación• .- Mantener en suspension los recortes y solidos cundo se

interrumpa la circulación.• .- Transmitir la potencia hidraulica a la barrena

Propiedades de los fluidos de PerforacionUn fluido de perforacion del tipo que este sea debe mantener o tener las siguientes propiedades, para que este ayude o transmita potencia hidraulica a la barrena.

Densidad.- la densidad del lodo debe ser tal que permita una optima velocidad de penetracion , que no provoque perdidas de circulacion, pero que al mismo tiempo contrarreste la presion de formacion. Propiedad expresada en terminos de la masa por unidad de volumen.,

• Viscosidad.- Es la resistencia interna de un fluido al movimiento , la viscosidad puede expresarse como (Viscosidad de Embudo), o Viscosidad Aparente Viscosidad plastica y punto de Cedencia., la propiedad principal es proporcionar a este la facilidad de impartir una optima potencia hidraulica en la barrena , la cual debe ser lo suficientemente efectiva para mantener limpias las paredes del agüero asi como tener la capacidad de mantener los solidos en suspensión.

APLICACION DE LA HIDRAULICA

1.- Mantener limpio el Agujero de recortes

2.- Proporcionar fuerza de impacto debido al flujo expulsado a través de las toberas de la barrena

3.- controlar el tipo de flujo en el espacio anular para no dañar las paredes del pozo

4.- Controlar las condiciones reológicas del fluido y presión de bombeo para evitar el fracturamiento de las formaciones

5.- Conocer los valores reales de la PH , para evitar brotes o fracturas.

1)a.- Para efectuar o mantener una limpieza del agujero debemos mantener una velocidad anular constante, en

criterios de perforación se debe mantener una velocidad anular mínima optima de 133 ft/min.

VA = (24.51 x Q )/( D2 – d2) Ft/min.

El no mantener una VA optima traeremos como consecuencia una Velocidad critica , la cual se va a

mostrar cuando la VA > Vnormal y esta se convierte de flujo laminar a flujo Turbulento. o viceversa..

No omitiendo la referencia a que se hace en el No. De Reynols, donde manifiesta los rangos de flujo como sigue.Si Re < 2000 flujo Laminar, Si Re 2000 a 3000 Etapa de

transicion y si Re > 3000 flujo Turbulento

Re = D*V*de / Visc. Del Fluido

Donde:Re = Numero de Reynolds

D = Diametro del Agujero ( Cm)V = Velocidad del Fluido (Cm/Seg)De = Densidad del Fluido ( grs / ccViscosidad del Fluido ( Centipois)

Como se observará en base a la velocidad anular se ejercen tres tipos de flujos en el fondo y paredes del

agujero los cuales son Flujo Turbulento, Transición y Lineal, que influyen en el ROP de una Barrena.

Velocidad de circulacion

Vc = 0.44 * Raíz Cuadrada de Yp / Dl

Aunado a esto se calcula la presión de circulación en el fondo la cual es la resultante de la sumatoria de la PH + APan ( presión necesaria para hacer circular el lodo hacia la superficie por el

espacio anular)

La presión de Circulación se define como.- la presión que tiene la función de vencer la fricción entre el lodo y todo lo que éste

pudiera encontrar durante su desplazamiento dentro de la T.P.

PC = PH + APan.

APan = YP(Prof)/68.6 (D-d) + vp(prof)Va/27432 (D-d)2 ( Kg/cm2)

2.a- Proporcionar Fuerza de impacto

Impacto Hidráulico.- ( Fuerza de Impacto), es la fuerza con la que el flujo del fluido de perforación golpea el fondo del

agujero , e inicia la remoción de los recortes de la barrena, la máxima fuerza será cuando la barrena obtenga un 48% de la

potencia del sistema, la cual se calcula .

FI = Q* DL * Vt / 1932 ( Libras).

Q = Gal/min, Dl= Lb/gal, Vt = Ft/Seg

Vt = Q / At * 38.7 (m/seg) , Vt = .32 *Q/At ( ft/seg )

3.- Controlar el tipo de Flujo en el espacio anular, para no dañar las paredes del agujero.

Lo cual se lograria manteniendo un balance de presiones donde la Presion Hidrostatica no debera ser mayor que la presion de formacion.es decir la PH debera ser ligeramente > o = a la Presion de formacion, para balancear la presión de poro y prevenir que se colapse el agujero del pozo.si esto no se considera tendra como consecuencias inducir perdidas de circulacion.

PRESION HIDROSTATICA

Es la presión que ejerce el peso de una columna de fluido a una determinada profundidad.

Ph = dl * Prof. / 10 ( Kg / cm2 )

Velocidad Anular .- Es la velocidad con que viaja el fluido del fondo a la superficie.

VA = 24.51 * Q / (D2 –d2 ) Ft / min

Q = Gasto o Volumen de un fluido

Volumen que es desplazado por una bomba hidráulica – mecánica en base al mecanismo de la misma , la cual puede

ser dúplex o triplex según su sistema.

Bombas hidráulicas - MecánicasDuplex .- Doble Acción se caracterizan por estar constituida

su hidráulica por 2 pistones, 2 camisas y 2 vástagos y 8 valvulas 4 para llenar y 4 para descargar,la acción hidraulica -mecanica es desplazar lodo hacia delante y hacia atrás, la

velocidad es de hasta 90 epm.

Calculo Q = 0.0068*L*(2D2-d2) = Gal /emb ó Q= 0.02575*L(2D2-d2) lts/ emb.

Triplex.- Simple acción constituida por 3 pistones, 3 camisas, 3 vastagos y 6 valvulas, desplaza lodo hacia delante, la

velocidad es de hasta 200 epm..

calculoQ=0.0386 *L *D2 (lts/emb), 0.0102 *L*D2 Gal/emb.

En la actualidad la eficiencia Volumétrica de las bombas esta entre 90% y 95%, por lo que hay que afectar el resultado

multiplicandolo por este porcentaje.

La Hidráulica Aplicada a la barrena Diámetro y área de toberas necesario

El diseño de un programa hidráulico esta basado en la optimización de la limpieza del agujero, los métodos para

realizar los diseños están basados en IMPACTO HIDRAULICO, POTENCIA HIDRAULICA Y VELOCIDAD EN

LAS TOBERAS.

Para determinar cualquiera de los métodos antes mencionados , se requiere determinar el área de toberas a

utilizar

a).- Área de toberas requerida para obtener una perdida de presión conocida

AT = Raíz Cuad. Dl * Q2/ 10859* APAP = predeterminada.( psi)

Gasto o Volumen ( gal/min ) ( lts / min)

En la practica se ha optado por trabajar rangos de volumen por pg de diámetro, es decir.para .

Barrenas PDC.- 40 gal / pg(diam), 50 gal/pg diam, 60 gal/pg diam., siendo estos minimo , optimo y maximo

respectivamente.

Barrenas ticónicas.- 30 GAL / pg(diam), 40 gal/pg diam, 50 gal/pg diam., siendo estos mínimo , optimo y máximo

respectivamente.

GASTO MINIMO RECOMENDADO PARA PERFORAR

Según FULLERTON) Q = 57.72 (DH2 – DTP2)/DH* Dl

Dónde:Q = Gasto mínimo recomendable, en gal/min.

DH = Diámetro del agujero, en pg.Dp =Diámetro de T.P. en pg.

DL =Densidad del lodo, en gr/cm3

Presión Hidrostática

Presión que ejerce el peso de una columna de fluido a una determinada profundidadPH = D * Proh. / 10 = Kg / cm2

Velocidad Anular .- velocidad con que viaja el fluido a la superficie transportando los recortes de la barrena

VA = 24.51 * Q / D2 – d2 = Ft / min.Vel anular Optima = (1416 / Da) * Dl = Ft / min. .

Caída de Presión en las toberas Y/o BarrenaAP=( Q2 * DL) / (10856 * ATF2) = Kg/cm2

Caballos de Potencia Hidráulica ( HHP)Es la fuerza con la cual el fluido llega al fondo a través de la

tubería , barrena y toberas.

HHP = Q * AP / 1714

HSI ( índice de Limpieza ) HSI = HHP / Ah2 , el índice de limpieza debe ser entre 2 y 6 para tener una mejora en la optimización de la perforación

esto se debe tener siempre en todas las barrenas dependiendo el tipo de formación a perforar.

Area de flujo (Area total de flujo)

ATF = 3.1416 * d2/ 4 * No. Tob. = pg 2 = ATFNota.el diámetro de una tobera deberá estar dada en

32avos.

Impacto Hidráulico.- ( Fuerza de Impacto), es la fuerza con la que el fluido de perforación golpea el fondo del agujero a

través de las toberas, e inicia la remoción de los recortes , la máxima fuerza será cuando la barrena obtenga un 48% de la

potencia total del sistema, la cual se calcula .

FI = Q* DL * Vt / 1932 ( Libras).

Q = Gal/min, Dl= Lb/gal, Vt = Ft/Seg

Vt = Q / At * 38.7 (m/seg) , Vt = .32 *Q/At ( ft/seg )

FORMULAS BASICAS PARA UNA HIDRAULICA SIMPLE CALCULADA EN EL FONDO DE POZO ( BNA.)

Caída de Presión en la Bna.

AP. = Q2 * dl / 10856 * ATF = psi

HHPBna.

HHP = AP * Q / 1714

Hsi

HSI = HHP / AG2

AG = Área de agujero

AG = (3.1416 * d2) / 4 ( pg2)

VA = 24.51* Q / D2-d2 = Ft/min

Fimp (JIF) = Q * DL * Vj / 1932 lbs.

Vj = Q * 0.32086 / ATF

Densidad Equivalente de Circulación

Esta debe de ser siempre mayor que la densidad del lodo en estado estático, pero menor que la densidad

necesaria para romper la formación.

Dec = (( Pan.+ Ph) * 10 / P) Grs/Cm3ó

Dec = Ph + Apan / P * 0.052 = Lbs/ Gal.

APan = YP(Prof)/68.6 (D-d) + vp(prof)Va/27432 (D-d)2 ( Kg/cm2)

VOLUMEN

DEFINICIONES:

Espacio Anular:- Es la distancia concéntrica que se encuentra alrededor de la tubería de perforación ( pared del agujero o T.R.

y tubería).

Volumen anular ó Capacidad Anular.- cantidad de espacio que existe entre el diámetro interior de una tubería , diámetro

exterior y diámetro interior de agujero o paredes del mismo.

VA = (Volumen anular) .- 0.5067 ( D2 –d2) L Lts / m

Formula que sirve para calcular el volumen total de un pozo , es decir cantidad de fluido que requiero para llenar el pozo o tener el calculo de la capacidad del mismo en caso de una

perdida o ganancia de fluido., el cual se calculará por secciones de acuerdo a los diámetros exteriores e interiores

de acuerdo al diagrama o estado mecanico del pozo perfoando en cuestión.

Una vez calculado el volumen aunalar por seccion , se calcula el volumen anular total del pozo.

VaT = Sumatoria de los (Va) de cada sección.

Tiempo de Atrazo

Hay varios metodos para calcular el tiempo de atrazo

Metodo de Viaje Redondo.- Este metodo se utiliza en diametros de agujeros grandes desde 36” hasta 14 ¾”, ya que existe la posibilidad de la inestabilidad del agujero ( derrumbes), por lo que se tiene que calcular

el (TVR), el cual se calcula restando a este el tiempo de Bajada. TB.

TB.- es el tiempo en minutos que tarda el fluido de perforación en hacer el recorrido desde la superficie hasta el fondo del pozo por el interior de

la tuberia de perforación.

El tiempo de bajada consiste en calcular el Volumen Interior de toda la tuberia de perforacion que compone la sarta , en seguida se calcula el

tiempo que tardaria el lodo en recorrer la trayectoria desde la superficie hasta el fondo del pozo

Para calcular el tiempo de Bajada es necesario conocer

a).- Diametro Interior de la Tuberia de Perforacion en pg..b).- Longotud de las diferentes seccionesb).- Longotud de las diferentes seccionesc).- Capacidad interior de la tuberia de perforacion en lts/ m.c).- Capacidad interior de la tuberia de perforacion en lts/ m.d).- Gasto de la Bomba en lts/mind).- Gasto de la Bomba en lts/mine).- Tipo de Bomba utilizada para Bombear el lodo.e).- Tipo de Bomba utilizada para Bombear el lodo.f).- Eficiencia Volumetrica de la bomba.f).- Eficiencia Volumetrica de la bomba.g).- Velocidad de la bomba en emboladas por min.g).- Velocidad de la bomba en emboladas por min.

Calculo de Volumen Interior

Vi = 0.5067 (di2)LDe igual forma se calcula el volumen interior de todas las

secciones que integran la sarta de perforacion htas. Por lo que se obtiene el .

ViT = sumatoria de los Vi de cada seccion.