hidraulica de pozos%2c optimizacion
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7/23/2019 Hidraulica de Pozos%2c Optimizacion
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3 Optimizacin de la perforacin
Materia
Ingeniera de Pozos
11.5 Hrs
1. Introduccin
2. Reologa de los fluidos
3. Hidrulica
4. Optimizacin de la perforacin
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Optimizacin de la perforacin
Introduccin
El empleo ptimo del caballaje hidrulico potencia hidrulica de la bomba de lodos
es uno de los aspectos de mayor importancia en las operaciones de perforacin,
especialmente en lo que a la optimizacin de sta se refiere.La principal funcin de las toberas de la barrena es la de mejorar la accin de limpieza
del fluido de perforacin en el fondo del pozo, incrementando de esta manera la
velocidad de perforacin, mediante la remocin casi inmediata de los recortesgenerados y permitir que los dientes de la barrena incidan sobre formacin virgen.
La aplicacin de un nivel adecuado de la energa hidrulica disponible en el fondo del
pozo, producir un incremento sustancial en la velocidad de penetracin. De aqu la
gran importancia que tiene la determinacin del tamao apropiado de las toberas.
Objetivo
El principal objetivo al optimizar la hidrulica es lograr una limpieza eficiente del
pozo.
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Optimizacin de la perforacin
La hidrulica de la perforacin, se encarga del estudio del compartimiento de los lodosen movimiento y sus cargas hidrulicas ejercidas durante el proceso de perforacin.
Hidrulica
Equipo superficial
Sarta de perforacin.
El espacio anular
Sistema
hidrulico
Uningiratoria
Tubera dePerforacin
Espacioanular
Barrena
Presa delodo
Bomba
Cuello deganso
Mangueraflexible
Stand pipe
Flecha
Lnea de
retorno
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Equipo superficial
Optimizacin de la perforacin
Long m Di pg Long m Di pg Long m Di pg Long m Di pg
Tubera vertical 12 3 12 3 1/2 13.7 4 13.7 4
Manguera 13.7 2 16.7 2 1/2 16.7 3 16.7 3Unin giratoria 1.2 2 1.6 2 1/2 1.6 2 1/2 1.8 3
Flecha 12 2 1/4 12 3 1/4 12 3 1/4 12 4
Componente Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV
Se manejan cuatro diferentes combinaciones del equipo superficial con lascaractersticas detalladas:
DerrumbesAgujeros erosionadosAumento en la DECDisminucin de la vida de la barrena
Un gasto excesivo
Se debe conocer el tipo y caractersticas de las bombas para determinar el gasto
adecuado.
Bombas de lodos
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Optimizacin de la perforacin
Limpieza ineficiente
Remolienda de recortesEmbolamiento de la barrenaAtrapamiento de la sarta
Un gasto bajo
Bomba Capacidad
Duplex 0.0068 * L *(2D2- d
2)* Ev (gal/emb)
Triplex 0.0102 * L * D* Ev (gal/emb)
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P1 P2
1 Fluido ManmetroBomba
Tubera
Fluido
Sea el siguiente sistema, en donde se bombea un fluido a un gasto constante Q dedensidad a travs de un tubo horizontal
HP= PQ Gasto Q
constante
Sea P = P1 P2
A la diferencia de presiones entre la entrada y la salida se define como perdida por
friccin o cada de presin.
Hidrulica
Optimizacin de la perforacin
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P1 P21 Fluido Bomba
Sea P1 = P1 P2
P1 P2
1 FluidoBomba
Sea P2 = P1 P2
P1 P2
Porqu?
Gasto Q
constante
Hidrulica
Optimizacin de la perforacin
Longitud
ndice de flujo
Reologa del fluido
Excentricidad del tubo
Geometra del tubo
Aspereza del tubo
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Optimizacin de la perforacin
REOLOGIA DE LOS FLUIDOS
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Reologa
Esla ciencia de la deformacin y flujo de los materiales; rama de la fsica que tratasobre la mecnica de los cuerposdeformables.
Deformacin.
Es el cambi de forma que sufre un cuerpo al aplicarle un esfuerzo, considerando sus
condiciones iniciales como aquellas que se tenan antes de la aplicar dicho esfuerzo.
La deformacin que sufren los materiales puede ser arbitrariamente dividida en dos
tipos generales:
Deform acin espon tnea revers ible Elast ic idad
D ef o r ma c in i r r ev e rs ib le d e n o m in a d a f lu jo
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Elasticidad
Esta deformacin corresponde a una energa mecnicamente recuperable, es decir, eltrabajo empleado para deformar un cuerpo perfectamente elstico, es recuperadocuando este esfuerzo cesa retornando a su forma original. Por lo que estadeformacin elstica es considerada como una funcin del esfuerzo de corte.
Deformacin espontneamente reversible llamadaelasticidad.
Flujo
La deformacin llamada flujo corresponde a la conversin de la energamecnica en calor. El trabajo empleado en mantener el flujo es disipado en
forma de calor y no es mecnicamente recuperable. El flujo, tambin considerala deformacin como funcin del esfuerzo de corte.
Deformacin irreversible denominadaflujo.
P1 P2
1 FluidoBomba
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Trmino
reolgico Simbolo Unidad(es) Definicin
Velocidad de corte g seg -1Cambio de velocidad del fluido div idido por el ancho del canala travs del cual se desplaza en flujo laminar.
Esfuerzo de corte t lb/100pies2
Es la fuerza por unidad de superficie requeridapara mover un f luido a una velocidad de corte dada.El esfuerzo cortante se mide con el v iscosmetro fann.
Viscosidad m
centipiose
cp
Es el esfuerzo cortante de un fluido div idido por el
correspondiente ndice de corte
Viscosidad efectiva me cp
La viscosidad usada para describir el fluido que fluye atravs de una geometra particular; al cambiar la geometracambia la viscosidad efectiva.
unto de cedencia PClb/100pies2
Es la fuerza requerida para iniciar el movimiento. Es el valorcalculado del esfuerzo cortante cuando la lnea esextrapolada al eje de las Y donde la velocidad de corte es 0
seg-1.
Esfuerzo cedente tolb/100pies2
La fuerza requerida para iniciar el flujo. Es el valor calculadodel esfuerzo cortante cuando la lnea es extrapolada al eje Y
g= 0 seg-1
Viscosidad plstica VP cpLa contribucin a la viscosidad del fluido de un fluido bajocondiciones dinmicas de flujo.
ndice de flujo n adimEs la relacin numrica entre el esfuerzo de corte y lavelocidad de corte
ndice de consistencia K cp (eq)La viscosidad de un fluido que f luye, de indntico conceptoque la VP
Trminos reolgicos
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FLUIDO
VISCOELSTICOS
PURAMENTEVISCOSOS
NEWTONIANOS
NONEWTONIANOS
INDEPENDIENTESDEL TIEMPO
DEPENDIENTESDEL TIEMPO
TIXOTROPICOS
REOPECTICOS
PLASTICOS DE BINGHAM
SEUDOPLASTICOS
DILATANTES
SEUDOPLASTICOS CON PUNTO DE CEDENCIA
DILATANTES CON PUNTO DE CEDENCIA
Clasificacinreolgicadelosfluidos
FLUIDOS DE
PERFORACION
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FluidosNewtonianos.
Son aquellos cuyo comportamiento reolgicopuede ser descrito de acuerdo con laLEY DE LA
VISCOSIDAD DE NEWTON; es decir, son aquellos
fluidos que exhiben una proporcionalidad directa
entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte.
Fluidos no-Newtonianos.
Son aquellos fluidos que no se comportan de acuerdo con la Ley de la Viscosidad de
Newton, en este grupo se incluyen a todos los fluidos que no exhiben una relacin
directa entre el esfuerzo y la velocidad de corte.
Disel Agua Glicerina Salmueras clara
Nota.- en un fluido newtoniano la viscosidad esconstante a determinada temperatura ypresin.
La mayora de los fluidos de perforacin El cemento
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Optimizacin de la perforacin
Fluidosindependientesdeltiempo
Son as denominados debido a que sus propiedades reolgicas no cambian con eltiempo. Entre stos se encuentran:
Fluid os Plstic o de B ing ham .
Flu id o s Seud op lsti co s.
Fluido s Di latantes.Fluid os Seud op lsto co s y Dilatantes co n pu nto d e cedenc ia.
Estos fluidos, para iniciar su movimiento
requieren vencer un esfuerzo inicial finito y
al graficar en escala lineal exhibiendo una
relacin lineal entre el esfuerzo de corte y
la velocidad de corte.
FluidosPlsticodeBingham
Esfuerzo inicial
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FluidosSeudoplsticos
Son aquellos fluidos que con un
esfuerzo cortante infinitesimal iniciar
su movimiento y posteriormente la
velocidad de corte se incrementar en
forma no lineal; lo que nos indica que la
viscosidad del fluido disminuye al
incrementarse la velocidad de corte.
FluidosDilatantes
Estos fluidos presentan un
comportamiento similar a los Fluidos
Seudoplsticos, con la diferencia de
que en los Fluidos Dilatantes el ritmo
del incremento del esfuerzo cortante
con la velocidad de corte se
incrementa
Optimizacin de la perforacin
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Optimizacin de la perforacinOptimizacin de la perforacin
Son aquellos fluidos que exhiben un esfuerzo inicial finito o punto de cedencia. Una vez
que el esfuerzo inicial ha sido rebasado, la relacin entre el esfuerzo cortante, con la
velocidad de corte resultante no es lineal.
FluidosSeudoplsticosyDilatantesconpuntodecedencia
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Fluidos Dependientes del Tiempo
Estos fluidos se caracterizan porque sus propiedades reolgicas varan con la duracindel corte (esfuerzo cortante y velocidad de corte), bajo ciertas consideraciones. Los
Fluidos Dependientes del Tiempo se subdividen en:
F lu id o s T ix o t r p ic o s .
Son aquellos fluidos en los cuales el
esfuerzo cortante decrece con laduracin del corte.
A diferencia de los Fluidos Tixotrpicos, el
esfuerzo cortante se incrementa conformese incrementa la duracin del corte.
Flu id o s Reo p ct ic o s .
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Regmenesdeflujo
Hay tres tipos bsicos de regmenes de flujo, que son:
Laminar
Turbulento
Transicin
El flujo laminar tiene lugar entre bajas y moderadas velocidades de corte en quelas capas de fluido pasan unas junto a otras en forma ordenada. Este movimientoes paralelo a las paredes del cause a travs del cual fluye y la friccin generadaentre el fluido y las paredes es baja.
El flujo turbulento se produce a altos ndices de cizallamiento, cuando el fluido se
mueve en forma catica. En un flujo turbulento las partculas son arrastradas porgiros al azar y remolinos de corriente, la friccin en este flujo es mayor. .
El flujo transicional tiene lugar cuando el flujo cambia de laminar a turbulento yviceversa. La velocidad critica de un fluido es la velocidad a la cual el flujo cambiade regmen.
Optimizacin de la perforacin
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Optimizacin de la perforacin
Modelosreolgicos
Los modelos reolgicos ayudan a predecir el comportamiento de los fluidos sobreuna amplia escala de velocidades de corte. La mayora de los fluidos de perforacinson fluidos seudoplsticos no- newtonianos y los modelos reolgicos ms aplicablesen ellos son:
Mo d e lo d e B in g h a n
Mod elo de la Ley de po tencias
M o d e l o d e l a l e y d e p o t e n c i a s
mo d i f ic a d o
El modelo de ley de potencias modificado
es el que mejor caracteriza a los fluidosde perforacin.
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Optimizacin de la perforacin
Mo d e lo d e B in g h a n
El modelo de Binghan describe el flujo por medio de la ecuacin:
t
= PC + (VP*g
)
Donde:
t
es el esfuerzo de corte medido en lb/100 pie2
PC es el punto de cedencia en lb/100 pies2
VP es la viscosidad plstica en cp
g es la velocidad de corte en seg -1
Las normas API requieren que el clculo de PC y VP se haga usando las ecuaciones:
VP = q600q300 PC = q300 VP PC = (2 q300q600)Debido a que el modelo asume un comportamiento verdaderamente plstico el
ndice de flujo n = 1. Lamentablemente, no es frecuente que esto ocurra y el PCobtenido de esta forma arroja valores muy excedidos ( 40 a 90%), por lo que serecomienda calcular el PC con valores bajos de velocidad de corte y la siguienteecuacin:
PC = (2 q3q6)
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Mo d e lo d e B in g h a n
Velocidad de flujo
Velocidad crtica
Nmero de Reynolds del Flujo
vc =7.75 VP + 7.75 (VP2 + 109.83*
r
* Di2* PC) 1/2
r
* Di
NRE = 129Di* V *
r
VP
Factor de friccin f =0.079
NRE0.25
v = 24.51Q
Di 2
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Mod elo de ley de po tencias
Este modelo describe el comportamiento reolgico de fluidos de perforacin basepolmero que no presentan esfuerzo de punto de cedencia ( salmueras clarasviscosificadas)Las ecuaciones generales para calcular el esfuerzo de corte, el ndice deconsistencia y el ndice de flujo son:
t = K * g n n =
Log (t2 / t1)
Log (g2 / g1) K =
t2
g2n
Donde:
t es el esfuerzo de corte medido en lb/100pie2
t 1 es el esfuerzo de corte a una velocidad de corte ms baja
t2es el esfuerzo de corte a una velocidad de corte ms alta
n es el ndice de flujo
g es la velocidad de corte en seg -1
g2 es la velocidad de corte ms alta
g1 es la velocidad de corte ms baja
log3.32=300
600
q
qn
600
=
q
k n1022511
n
300
511=
q510
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Nmero de reynolds crtico NREc
(Laminar-transicin)
Nmero de Reynolds crtico NREC
(Transicin-turbulento)
Ley d e Potencias
NREc = 3470 1370* n
NREc = 4270 1370* n
Factor de friccin f
(Rgimen turbulento)
f =a
NREb
b =
1.75 - Log n
7
a =
Log n + 3.93
50
NRE =r
v2
2.319 * K
2.5 * Di
v(3n + 1)
n
Nmero de Reynolds NRE
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Optimizacin de la perforacin
Mod elo de ley de po tencias mo d i f ic a d o
Debido a que la mayora de los fluidos de perforacin presentan esfuerzo cortante,este modelo describe el comportamiento reolgico de los lodos de perforacin conmayor exactitud que ningn otro modelo.
t = t
o
+
( K *g
n )Donde:
t es el esfuerzo de corte medido en lb/100pie2
t 0 es el esfuerzo de corte a una velocidad de corte ms baja
n es el ndice de flujo
g es la velocidad de corte en seg -1
K es el ndice de consistencia en cp (eq)
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Optimizacin de la perforacin
HIDRAULICA
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Optimizacin de la perforacin
La hidrulica de perforacin se define como el balance ptimo de los elementosinvolucrados para obtener una limpieza adecuada del fondo del pozo.
N m e r o d e R e y n o l d s N re.- Es un trmino adimensional que nos indica el
rgimen de flujo en el que se mueve el fluido.
Gasto de f lu jo .- Determina la velocidad del fluido y las cadas de presin por
friccin en el sistema circulatorio del pozo.
Presin de b om beo.- Determina la velocidad del fluido en el sistema.
N m e r o d e R e y n o l d s C r i t i c o N r ec.- Este valor corresponde al nmero de
Reynolds al cual el flujo laminar se convierte en flujo turbulento.
Factor de f r icc in f .- Este termino adimensional es definido para fluidos de
la Ley de Potencias en flujo turbulento
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Optimizacin de la perforacin
Metodologa prctica para disear la hidrulica
Para manejar una hidrulica optima durante la perforacin seguiremos los siguientes
pasos:
1. Determinar el gasto mximo de flujo.
2. Determinar el modelo reolgico a utilizar.3. Determinar el gasto mnimo de flujo.
4. Determinar las cadas de presin por friccin.
5. Determinar la limpieza del pozo.
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1. Determinar el gasto mximo de flujo.
Es el gasto mximo disponible, que la bomba puede desarrollar dentro de su lmitemximo de presin.
Qmx = Ev1714* HPSmx
PSmx
Qmx = Gasto mximo en gal/min
Psmx = Presin superficial mxima en psi
HPsmx = Potencia hidrulica mxima en HP
Ev = Eficiencia volumtrica de la bomba en %
2. Determinacin del modelo reolgico
Para determinar el modelo reolgico a utilizar es necesario caracterizar el fluido deperforacin. La caracterizacin se realiza de la siguiente manera:
a. Con un viscosmetro Fann obtenga las siguientes lecturas:
A 100 rpm
A 200 rpm
A 300 rpm
A 600 rpm
Optimizacin de la perforacin
A 3 rpm
A 6 rpm
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b. Grafique las lecturas observadas en escala lineal y logartmica
Si los datos graficados en escala logartmica muestran una lnea recta, indican queel fluido se comporta de acuerdo a la Ley de Potencias.
Si los datos graficados en escala lineal muestran una lnea recta, indican que elfluido se apega al modelo de Plsticos de Bingham.
Optimizacin de la perforacin
f
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3. Determinacin del gasto mnimo de flujo
Es el gasto mnimo necesario para levantar los recortes a la superficie y se obtienede acuerdo a la siguiente metodologa:
Optimizacin de la perforacin
a. Se estima un gasto inicial Qi (gpm) utilizando la siguiente ecuacin emprica.
Qi = Db * 40Donde: el factor 40 (gpm-pg) corresponde a un gasto adecuado para un ritmo depenetracin de 4.5 m/hr y Db es el dimetro de la barrena pg.
b. Se calcula la velocidad del fluido en el espacio anular va (pie/min).
va = 24.51D2a D2e
Qi Donde: Da = dimetro del agujero en pgDe = dimetro exterior de la TP en pg
c. Calcule la viscosidad aparente ma en cp.
ma = mp + 300ty * dp
vama =
K
144
Da De
va/60
1 -n
0.0208
2 +1
n
n
Plstico de Bingham Ley de Potencias
d l f
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LA velocidad de asentamiento del recorte se obtiene estrictamente mediante unmtodo iterativo. Sin embargo en esta seccin utilizaremos la siguiente ecuacinpor considerar un rgimen transicional para la partcula.
Optimizacin de la perforacin
d. Calcule la velocidad de asentamiento del recorte vsl en pie/min.
vsl =341 dp (
r
pr
f )
(r0.33f
m0.33
a
)
0.667
e. Calcule el gasto mnimo necesario para levantar los recortes Qmin en gpm.
Qmin =vsl (D2a D2e)
24.51
Donde: dp = dimetro de la partcula en pgrp = densidad de la partcula en gr/ccrf = densidad del fluido en gr/ccma= viscosidad aparente en cp
La velocidad de asentamiento viene siendo la velocidad mnima necesaria para levantar
Los recortes.
vsl = vamin
O i i i d l f i
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Optimizacin de la perforacin
4. Determinacin de las cadas de presin por friccin en el
sistema
BOMBA
LPs
tpP
lbP
bnaP
Para un gasto de fluido dado Q:
Potencia de la bomba (HP) = PbQ
Pea
Pb = Ps + Ptp + Plb + Pbna + SPea
O i i i d l f i
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a. Cada de presin en el equipo superficial
Peq en psi
Peq = 8.3454* C*rfQ
100
1.86
Tipo de
equipo C
I 1
II 0.36
II 0.22
IV 0.15
b. Cada de presin en la TP Ptp en psi
Ptp =f *rf *v2 *L
3404 Di
Donde: f = factor de friccin adimensionalrf = densidad del fluido en la TP en gr/ccDi= dimetro interior de la TP en pgv = velocidad en la TP pie/min
c. Cada de presin en el EA
Pea en psi
Pea =f *rf *va2 *L
3404 (Da De)
Donde: va = velocidad en el EA en pie/min
Optimizacin de la perforacin
REVISAR Va
O ti i i d l f i
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Optimizacin de la perforacin
d. Cada de presin en la barrena
Pb en psi
Donde: Q = gasto en gpmAt = rea de las toberas en pg21303 * A2t
Pb = Q2
*r
f
5. Limpieza del pozo
Determinacin de la capacidad de acarreo de los recortes Ft en por ciento.
Ft = 1 - x 100vsl
va
Se considera como una limpieza eficiente del pozo cuando la capacidad de acarreo de los recortes es
mayor del 60% y tiende al 100.
O ti i i d l f i
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Optimizacin de la perforacin
6. Determinacin de la densidad equivalente de circulacin
DEC.
La presin total ejercida en el fondo del pozo en condicione dinmicas Pfondo, es igual a lasuma de la presin hidrosttica, Ph, ms la cada de presin por friccin en el EA Pea.
Pfondo = Ph + Pea
DEC = rf + 0.704 SPea
HDEC =
r
f + +0.704 SPea
H
0.168 ROP*Db2 *
( rp rf
Q
Donde: H = profundidad vertical en mrf = densidad del fluido en el EA en gr/cc
rp= densidad de la partcula en gr/ccROP= velocidad de penetracin en m/minQ= gasto de operacin en gpmPea= cada de presin en el EA en psiDb = dimetro de la barrena en pg
Sin recortes Con recortes
O ti i i d l f i
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Gradiente de fractura 1.60 gr/cc
ROP m/hr
61
47
34
20
6
Incrementos significativos en la DEC estn asociados a altos ROP A altos gastos de bombeo se tienen incrementos en DEC
Optimizacin de la perforacin
O ti i i d l f i
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Optimizacin de la perforacin
Ej de calculo: Se programa la perforacin de la cuarta etapa con la siguiente informacin y se desea saber silas condiciones son buenas para la limpieza del pozo y la DEC.
Datos: BombaHpsmax= 2574 HPPmax= 5000 psiEv= 85%
Datos del lodo:
r
lodo= 2.0 gr/ccrp= 2.4 gr/ccdp=0.25 pg
Vp= 20 cpYp= 14 lb/100pie2
Datos de operacin:
Q= 500 gpmPb= 3000 psi
Datos de la barrena:
1(14) y 6(13)
Datos de la sarta:
DC 8x3 98 m
HW 5x3 108 m
TP 5 5094 m
DI TP 4.276
Factor de friccin:
F = 0.006
TR 13 3/8
Di 12.415
3300 m
5300 m
D 12 1/4
Determine:
1. Qmax de la bomba2. Modelo reolgico a utilizar3. Qmin para levantar los recortes4. Cadas de presin en el sistema.
5.DEC
Datos: ROP0.12 m/min
Optimizacin de la perforacin
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Solucin:
1. Determinar el gasto mximo de flujo.
Qmx = Ev1714* HPSmx
PSmx
Qmx = Gasto mximo en gal/min
Psmx = Presin superficial mxima en psi
HPsmx = Potencia hidrulica mxima en HP
Ev = Eficiencia volumtrica de la bomba en %
Qmx = 0.85 = 750 gpm1714* 2574
5000
2. Caracterizar el fluido.
Ley de potencias
Optimizacin de la perforacin
Optimizacin de la perforacin
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3. Determinar el gasto mnimo de flujo.Qi = Db * 40
va = 24.51 = = 94.21 pies/minD2a D2e
Qi
El gasto programado 500 gpm
500
12.4532 - 52
ma = K
144
Da De
va/60
1 -n
0.0208
2 + 1n
n
n = 3.32 log = 3.32 log = 0.667q600
q300
54
34
n
300
511K=
q510 = = 270.7
510x34
511 0.667
ma= 96.3 cp
Solucin:
Optimizacin de la perforacin
Optimizacin de la perforacin
-
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vsl = = = - 13.95 pie/min341 dp (
r
pr
f )
(r
0.33f m
0.33a)
0.667 341* 0.25 (2.4 2.0)
20.33 96.30.33
Qmin = = = 74.02 gpmvsl (D2a D2e)
24.51
13.95 (12.4532 52)
24.51
Solucin:
Optimizacin de la perforacin
Optimizacin de la perforacin
-
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4. Determinacin de las cadas de presin por friccin en el
sistema
BOMBA
LPs
tpP
lbP
bnaP
Para un gasto de fluido dado Q:
Potencia de la bomba (HP) = PbQ
Pea
Pb = Ps + Ptp + Plb + Pbna + SPea
Equipo tipo II
Solucin:
Optimizacin de la perforacin
Optimizacin de la perforacin
-
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Peq = 8.3454* C*rfQ
100
1.86
Tipo de
equipo C
I 1
II 0.36
II 0.22IV 0.15
Peq = 8.3454* 0.36*2.0 = 119.7 psi500
100
1.86
Ptp = = = 1,886 psif *
r
f *v2 *L
3404 Di
0.006* 2.0* 670.252 *5094
3404 * 4.276
Phw = = = 235 psif *rf *v2 *L
3404 Di
0.006* 2.0* 1361.662 *108
3404 * 3
PDC = = = 213 psif *rf *v2 *L
3404 Di
0.006* 2.0* 1361.662 *98
3404 * 3
Solucin:
Optimizacin de la perforacin
Optimizacin de la perforacin
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Pea1 = = = 1.65 psif *rf *va2
*L3404 (Da De)
0.006* 2.0* 142.42 *98
3404 * (12.250 8)
Pea2 = = = 8.88 psif *rf *va2 *L
3404 (Da De)
0.006* 2.0* 982 *1902
3404 * (12.250 5)
Pea3 = = = 14.10 psif *rf *va2 *L
3404 (Da De)
0.006* 2.0* 942 *3300
3404 * (12.453 5)
Cada de presin en la bna
1303 * A2tPbn = = = 7,129 PSIQ
2
*r
f1303* 0.2322
5002 *
2
S
Pea = 25.05 psi
Solucin:
Optimizacin de la perforacin
Optimizacin de la perforacin
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5. Limpieza del pozo
Ft = 1 - x 100 =1 - = 85.20%vsl
va
13.95
94.21Para el gasto propuesto de 500 gpm
6. Determinacin de la densidad equivalente de circulacin
DEC.
DEC = rf +0.704 SPea
HDEC = rf + +
0.704 SPea
H
0.168*ROP*Db2( rprf)
Q
Sin recortes Con recortes
DEC = 2.0 +0.704 * 24.38
5300
DEC = 2.003 gr/cc
DEC = rf + +
0.704*24.38
5300
0.168*0.12*12.25**2( 2.42.0 )
500
DEC = 2.007 gr/cc
Solucin:
Optimizacin de la perforacin
Optimizacin de la perforacin
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Tarea no. 3 del 2do parcial
Optimizacin de la perforacin
Datos: BombaHpsmax= 2574 HPPmax= 5000 psiEv= 90%
Datos del lodo:
r
lodo= 1.55 gr/ccrp= 2.6 gr/ccdp=0.34 pg
Vp= 26 cpYp= 20 lb/100pie2
Datos de operacin:
Q= 700 gpmPb= 3700 psi
Datos de la barrena:
5(14) y 2(16)
Datos de la sarta:
DC 8x3 90 m
HW 5x3 54 m
TP 5 3856 m
DI TP 4.276
Factor de friccin:
F = 0.006
TR 20
Di 19
1000 m
4000 m
D 17 1/2
Datos: ROP0.26 m/min
En el programa del pozo Tajn 101 se tienen la siguienteinformacin que ser utilizada para la perforacin de lasegunda etapa. Considerar un equipo tipo II.
Se desea saber si las condiciones programadascumplen con:
Las caractersticas de la bomba.La limpieza del pozo.El gradiente de fractura si este es de 0.165
kg/cm2/m.
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Optimizacin de pozospetroleros
Optimizacin de la perforacin
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Optimizacin de la perforacin
Los mtodos de optimizacin de la hidrulica consisten en determinar la cada depresin en la barrena de tal forma que la energa generada por el equipo de bombeo
en superficie sea transmitida ptimamente hasta el fondo del pozo para su correcta
limpieza.
La optimizacin de la potencia hidrulica en la barrena se obtiene no necesariamente
aumentando la potencia de la bomba, sino por medio de la seleccin adecuada del
dimetro de las toberas.
Los dos mtodos de optimizacin ms aceptados y comnmente utilizados son:
a. Mxima potencia hidrulica en la barrena.
b. Mxima fuerza de impacto del chorro de lodo en el fondo del pozo.
Optim izacin de la hi d ru li c a
Optimizacin de la perforacin
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Optimizacin de la perforacin
Este modelo asume que la velocidad de penetracin puede incrementarse con la
potencia hidrulica, ya que los recortes son removidos tan rpido como se generan.
Sin embargo, se alcanza el punto donde el incremento en la potencia ya no se refleja
en un aumento en la penetracin.
El criterio aplicado en este mtodo de optimizacin consiste en calcular el dimetroptimo de las toberas para obtener la mxima potencia hidrulica en la barrena.
a. Mxima potencia hidrulica en la barrena.
Optimizacin de la perforacin
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Optimizacin de la perforacin
a. Mxima potencia hidrulica en la barrena.
1. Obtenga la presin disponible en la barrena:
Pb = Psmax - Pp
Psmax
Donde:
Pp = Pseq + Ptp + pea
Pp es conocida como: Prdidas de presin parasitas
La mxima potencia hidrulica se obtiene cuando la relacin entre las prdidasde presin parasitas optima y la presin superficial cumplen la siguiente relacin:
Pp / op=
1
m + 1Como el flujo en la barrena es turbulento; m= 1.75
Pp / op = 0.36 P smx Pb / op = 0.64 P smx
Lo anterior indica que el 64% de la presin de bombeo en superficie estrasmitida a la barrena.
Optimizacin de la perforacin
-
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Optimizacin de la perforacin
a. Mxima potencia hidrulica en la barrena.
2. Obtenga el gasto ptimo.
Qpt =Psmax
Pp / pt m1
Q1Log (
Pp1/Pp2m =
Log (Q1/PQ2)
3. Obtenga el rea ptima de las toberas
At pt =r
fQpt2
1303Pb pt
2
1
D t = 32At pt
0.7854 N
2
1
4. Calcule la mxima potencia hidrulica en la barrena.
HPb =
Pb / pt * Q pt
1714
Optimizacin de la perforacin
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Optimizacin de la perforacin
Solucin
1. Obtenga la presin disponible en la barrena:
Pb = Psmax - Pp
Pp = 119+1,866 + 235 + 213 + 25.05 = 2,458 psiPp = Pseq + Ptp + PHW + PDC + pea
Pb = Psmax Pp = 5000 2,458 = 2,542 psi
Pp / op = 0.36 P smx = 0.36 * 5000 = 1,800 psi
Pb / op = 0.64 P smx = 0.64 * 5000 = 3,200 psi
2. Obtenga el gasto ptimo.
Qpt =Psmax
Pp / pt m1
Q1Log (Pp1/Pp2)
m = = 1.99Log (Q1/P*Q2)
Qpt = 300 gpmPara un Q1= 500 gpm y Q2= 600 gpm
Optimizacin de la perforacin
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Optimizacin de la perforacin
3. Obtenga el rea ptima de las toberas, considerando 5 toberas (N)
At pt =r
fQpt2
1303Pb pt
2
1
D t = 32At pt
0.7854 N
2
1
At pt =2.0* 3002
1303* 3200
2
1
At pt =0.208 pg2
D t = 320.1987
0.7854* 5
2
1
D t = 7.36/32 avos pg
4. Calcule la mxima potencia hidrulica en la barrena.
HPb = = = 560 HP
Pb / pt * Q pt
1714
3200* 300
1714
-
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Real
Terico
Optimizacin de la perforacin
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Opt ac de a pe fo ac
Este modelo considera que la remocin de los recortes depende de la fuerza con la
cual el fluido golpea o impacta contra el fondo del pozo.
El criterio aplicado en este mtodo de optimizacin consiste en calcular el dimetro
ptimo de las toberas de tal forma que la fuerza de impacto hidrulico sea mximoen la barrena.
a. Mxima fuerza de impacto.
l f
-
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a. Mxima fuerza de impacto.
1. Calcule la presin disponible en la barrena:
Pb = Psmax - Pp
Psmax
Donde:
Pp = Pseq + Ptp + pea
Pp es conocida como: Prdidas de presin parasitas
La mxima potencia hidrulica se obtiene cuando la relacin entre las prdidasde presin parasitas optima y la presin superficial cumplen la siguiente relacin:
Pp / op=
2
m + 2Como el flujo en la barrena es turbulento; m= 1.75
Pp / op = 0.53 P smx Pb / op = 0.47 P smx
Lo anterior indica que el 47% de la presin de bombeo en superficie estrasmitida a la barrena.
Optimizacin de la perforaci
Optimizacin de la perforacin
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2. Obtenga el gasto ptimo (gpm).
Qpt =Psmax
Pp / pt m1
Q1Log (
Pp1/Pp2m =
Log (Q1/PQ2)
3. Obtenga el rea ptima de las toberas (pg2)
At pt =r
fQpt2
1303Pb pt
2
1
D t = 32At pt
0.7854 N
2
1
4. Calcule la mxima fuerza de impacto hidrulico en la barrena lb-f.
Fb =
Pb / pt * Q pt2
361
2
1
p p f
a. Mxima fuerza de impacto.
Optimizacin de la perforacin
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Aunque no existe con claridad cual de los mtodos es el mejor, la experienciademuestra que si la potencia hidrulica es mxima, la fuerza de impacto estar
en un valor cercano al 90% del mximo y viceversa.
Aplicar el mtodo de mxima potencia hidrulica:
En pozos profundos con alta presin hidrosttica.
Agujeros de dimetro reducido.
Velocidad de penetracin baja < 7min/m.
Aplicar el mtodo de mxima fuerza de impacto:
En pozos someros con baja presin hidrosttica.
Agujeros de dimetro grande.
Velocidad de penetracin alta > 7min/m.
p p f
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p p f
Efectos de la inclinacin del pozo en la limpieza del
mismo
En la construccin de pozos se tienen tres regiones bien definidas:
a. Secciones verticales con desviacin < de 20.
b. Secciones altamente desviadas cuyo ngulo es de 20
a 70.
c. Secciones horizontales cuya desviacin es > 70a. Secciones verticales con desviacin < de 20.
En esta seccin los recortes se mantienen en suspensin permitiendo quepuedan ser acarreados a superficie.
b. Secciones altamente desviadas ngulo entre 20 y70.
Esta seccin es la ms problemtica para su limpieza, debido a que generan unacama de recortes delgada y poco estable en la parte inferior del agujero. Loanterior ocasiona una reduccin en el rea de flujo y por consiguienteincrementos en la DEC.
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b. Secciones horizontales o ngulo >70.
Esta seccin es menos problemtica que la anterior debido a que forma unacama gruesa y estable de recortes.
Recomendaciones para eficientar la limpieza en pozos desviados
Si se perfora con motor de fondo, rotar la sarta por intervalos cortos detiempo.
Efectuar viajes cortos.
Utilizacin del gasto ptimo.
Utilizar baches pesados de barrido con densidad 0.25 a 0.50 gr/cc > que ladensidad del lodo que se este utilizando.
p p f