hydraulics v2-1 esp

HIDRAULICA DEL FLUIDO DE PERFORACION

Version 2.1 Enero 2001

Traducido al Espaol V1 junio 2002

Dave Hawker

Misin Corporativa Ser lder a nivel mundial en el rea de monitoreo de parmetros de perforacin y control geolgico. Proveer

soluciones a la industria del petrleo y gas, mediante la utilizacin de tecnologas innovadoras dando un servicio excepcional al cliente.

El presente manual es para uso exclusivo de los participantes de los cursos de entrenamiento de Datalog. No se podr reproducir ninguna seccin del presente manual sin la autorizacin expresa de Datalog. Datalog, 3030 9th St SE, Calgary, Alberta, Canada T2G 3B9 Tel (403) 243-2220; Facsimile (403) 243-2872; Web-site http://datalog.ab.ca

DATALOG : MANUAL DE HIDRAULICA DEL FLUIDO DE PERFORACION, Versin 2.1, revisado Enero 2001

CONTENIDO

1 FUNCIONES DEL FLUIDO DEL PERFORACIN .......................................................................................3 1.1 LUBRICACIN Y ENFRIAMIENTO DE LA BROCA Y LA SARTA DE PERFORACIN.................................................3 1.2 REMOCIN DE RIPIOS DEL ANULAR Y LA BROCA .............................................................................................4 1.3 CONTROL DE PRESIONES DE FORMACIN ........................................................................................................4 1.4 LIMPIEZA DEL HUECO.......................................................................................................................................6 1.5 TRANSMISIN DE POTENCIA HIDRULICA A LA BROCA....................................................................................6 1.6 SOPORTE DEL PESO DE LA SARTA DE PERFORACIN.........................................................................................6 1.7 ESTABILIDAD DE LA FORMACIN .....................................................................................................................6 1.8 EVALUACIN DE FORMACIN ..........................................................................................................................7

2 TIPOS DE LODO DE PERFORACIN............................................................................................................8 2.1 LODOS BASE AGUA ..........................................................................................................................................8 2.2 LODOS BASE ACEITE........................................................................................................................................9 2.3 LODOS SINTTICOS.........................................................................................................................................10 2.4 ADITIVOS COMUNES DEL LODO......................................................................................................................10

3 REOLOGA DEFINICIONES..........................................................................................................................13 3.1 TASA DE CORTE Y ESFUERZO .........................................................................................................................13 3.2 VISCOSIDAD DEL FLUIDO ...............................................................................................................................14 3.3 VISCOSIDAD PLSTICA Y PUNTO DE CEDENCIA (YIELD POINT)......................................................................15 3.4 ESFUERZO DE GEL (GEL STRENGTH) ..............................................................................................................15

4 MODELOS DE COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS........................................................................17 4.1 FLUIDOS NEWTONIANOS ................................................................................................................................17 4.2 MODELO PLSTICO DE BINGHAM...................................................................................................................18 4.3 MODELO DE LA LEY EXPONENCIAL (POWER LAW MODEL)............................................................................19 4.4 LA LEY EXPONENCIAL MODIFICADA (THE MODIFIED POWER LAW)..............................................................20 4.5 REOGRAMA - RESUMEN DE LOS MODELOS DE FLUIDOS DE PERFORACIN ....................................................21 4.6 EFECTOS DE LOS MODELO EN FLUJOS VISCOSOS...................................................................................22

5 PATRONES DE FLUJO LAMINAR, TURBULENTO Y TRANSICIONAL..............................................24 5.1 FLUJO LAMINAR .............................................................................................................................................24 5.2 FLUJO TURBULENTO.......................................................................................................................................24 5.3 FLUJO TRANSITIONAL.................................................................................................................................25 5.4 DETERMINACIN DEL TIPO DE FLUJO .............................................................................................................25

5.4.1 Derivacin de la Viscosidad Efectiva.....................................................................................................25 5.4.2 Determinacin del Nmero de Reynolds ...............................................................................................27 5.4.3 Determinacin de la Velocidad Anular Promedio .................................................................................27 5.4.4 Uso del nmero de Reynolds en la Determinacin del Tipo de Flujo....................................................28 5.4.5 Determinacin de la Velocidad Critica..................................................................................................28

6 CLCULO DE PRDIDAS DE PRESIN EN EL SISTEMA .....................................................................30 6.1 FACTOR DE FRICCIN DE FANNING.................................................................................................................30 6.2 PRDIDAS DE PRESIN EN LA SARTA ..............................................................................................................31 6.3 PRDIDA DE PRESIN EN EL ANULAR .............................................................................................................32 6.4 PRDIDA DE PRESIN EN LA BROCA................................................................................................................34 6.5 PRDIDAS DE PRESIN EN SUPERFICIE............................................................................................................35

7 OTROS CLCULOS HIDRULICOS ...........................................................................................................36 7.1 VELOCIDAD DE DESPRENDIMIENTO DE LOS RIPIOS..........................................................................................36 7.2 NMERO DE REYNOLDS PARA LAS PARTCULAS .............................................................................................37

1


7.3 VELOCIDAD EN LAS BOQUILLAS.....................................................................................................................37 8 OPTIMIZACIN DE LA HIDRULICA.......................................................................................................38

8.1 POTENCIA HIDRULICA DE LA BROCA............................................................................................................39 8.2 FUERZA HIDRULICA DE IMPACTO (HYDRAULIC IMPACT FORCE)..................................................................39 8.3 OPTIMIZACIN DE LA HIDRULICA ................................................................................................................40 8.4 MANIPULACIN DEL PROGRAMA DE HIDRULICA EN EL QLOG ....................................................................41

9 DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACIN (ECD) ..........................................................................44

10 PRESIONES DE SUABEO (SWAB) Y SURGENCIA (SURGE) .................................................................47 10.1 PRESIONES DE SURGENCIA ...........................................................................................................................47 10.2 PRESIONES DE SUABEO.................................................................................................................................48 10.3 CLCULO DE PRESIONES DE SURGENCIA Y SUABEO .....................................................................................49 10.4 MANIPULACIN DEL PROGRAMA DE SUABEO Y SURGENCIA EN EL QLOG ...................................................50

APNDICE - RESPUESTAS A LOS EJERCICIOS .........................................................................................52

2


1 FUNCIONES DEL FLUIDO DEL PERFORACIN La importancia del lodo de perforacin en la perforacin de un pozo no debe ser subestimada. Tiene una relacin crtica en todos los aspectos de la perforacin. No solo acta como un medio de transporte de los ripios y gas, permitindonos observar en superficie lo que est sucediendo en el hueco, sino que, adems las propiedades del lodo determinaran la efectividad de la perforacin, estabilidad y proteccin del hueco y las formaciones as como el nivel de control de las presiones del subsuelo. Las funciones principales del lodo son: Lubricacin y enfriamiento de la broca y la sarta de perforacin Remocin de los ripios Limpieza del hueco Control de las presiones de formacin Transmite potencia hidrulica a la broca Ayuda a soportar el peso de la sarta de perforacin Asistencia en la estabilidad de la formacin Asistencia en el evaluacin de la formacin Proteccin de la productividad de la formacin 1.1 Lubricacin y Enfriamiento de la Broca y la Sarta de Perforacin La operacin de perforacin y rotacin de la sarta de perforacin produce mucho calor en la broca y en toda la sarta debido a la friccin. El fluido de perforacin no solo ayuda a enfriar la broca y la sarta mediante la lubricacin, sino, tambin absorbe el calor que se ha generado y liberado hasta cierto grado a medida que retorna a la superficie. El lodo debe enfriar y lubricar los dientes de la broca para permitir que la perforacin sea efectiva y reducir al mnimo el deterioro y desgaste. El lodo lubrica la sarta de perforacin reduciendo la friccin entre sta y las paredes del hueco, esto se alcanza usando aditivos tales como Bentonita, Polmeros, Grafito o diesel. La lubricacin optima es aportada por sistemas de emulsin de aceite junto con varios agentes emulsificantes. El torque alto puede ser un serio problema en la perforacin direccional, especialmente en reas con formaciones duras y abrasivas. La lubricidad del lodo en este caso es de vital importancia. Para obtener una mxima lubricacin se puede recurrir a la adicin de Glicol o diminutas bolitas. La lubricacin es importante para maximizar la eficiencia de la perforacin y el control direccional, as como reducir al mximo el torque, fatiga y desenrosque (twist-off) de la tubera.

3


1.2 Remocin de Ripios del Anular y la Broca Esta funcin es de vital importancia. Los ripios se deben remover del anular por diferentes razones:

Prevenir la carga del anular Mantener presiones mnimas en el anular Permitir el libre movimiento y rotacin de la sarta de perforacin Para que los ripios lleguen a la superficie en condiciones tales que puedan ser evaluados por

el gelogos y as realizar una interpretacin precisa de la geologa del hueco. Este principio no solo es determinado por las propiedades fsicas del lodo, sino tambin por el patrn del flujo presente en el anular. Los ripios deben ser removidos efectivamente para evitar el dao y erosin del hueco. La remocin de los cortes depende principalmente de la velocidad anular, densidad del fluido, punto de cedencia (Yield Point) y la resistencia gel del lodo. Otros factores de importancia son, la inclinacin del hueco, rotacin de la tubera y por supuesto, el tamao, densidad y forma de los ripios. La densidad tpica de los ripios es obviamente mayor que la densidad del lodo. Por lo tanto, resulta normal que en periodos de no movimiento del lodo, los ripios se deslicen y se hundan, esto puede afectar el tiempo de retorno de los ripios a la superficie y no correlacionar con la seccin perforada y los valores de gas. Este fenmeno es de especial importancia durante periodos de no circulacin tales como viajes, en los que, los ripios se hundirn y se acumularan en el fondo del hueco (hueco lleno). Las propiedades del lodo como viscosidad y geles, deben ser las apropiadas para minimizar esto. El fluido de perforacin es entonces denominado thixotropic, es decir, que posee propiedades de gel. Cuando se est circulando, los fluidos thixotropicos son lquidos, permitindoles transportar los ripios a la superficie. Cuando no hay circulacin, el fluido de perforacin se gelificar, o se densificar para suspender los ripios y prevenir que se caigan y asienten alrededor de la broca y el fondo del hueco. El grado de desprendimiento de los ripios tambin ser afectado por las velocidades en el anular: Si las velocidades anulares son reducidas por cualquier razn (por ejemplo, volumen de las bombas, grandes secciones, condiciones del hueco), las propiedades del lodo se tendrn que cambiar para compensar el incremento de desprendimiento. Si el contenido de ripios en el anular se incrementa, velocidades anulares altas o cambios en la cedencia (yield) pueden ser la solucin. Una prctica comn, especialmente en secciones poco profundas de huecos grandes, es limpiar el hueco con una pldora viscosa. Esto tiene la ventaja de mantener buena limpieza en el hueco sin tener que cambiar las propiedades del sistema activo. 1.3 Control de Presiones de Formacin Un peso de lodo mnimo es lo ptimo para lograr tasas de perforacin ms rpidas y para minimizar el riesgo de dao en formaciones y prdidas de circulacin. No obstante, en la perforacin convencional el lodo debe tener una densidad apropiada para ejercer una presin suficiente en el hueco y as, protegerlo contra presiones de formacin.

4


La presin ejercida en el fondo del hueco, debida al peso de la columna vertical esttica del lodo, es conocida como Presin Hidrosttica. Si la Presin Hidrosttica es igual a la presin de formacin, se dice que el pozo est en balance. Si la Presin Hidrosttica es menor que la presin de formacin, se dice que el pozo est sub balanceado (underbalanced) y por lo tanto, est propenso a influjos o a flujo de fluidos de formacin en el anular (patada de pozo o kick) Si la Presin hidrosttica es mayor que la presin de formacin, se dice que el pozo est sobre balanceado y por lo tanto, protegido contra influjos de fluidos de formacin dentro del hueco. Si el sobre balance es muy grande, hay la posibilidad de generar un gran nmero de problemas. Los fluidos naturalmente tienden a fluir en direcciones en las que las presin disminuye. En un pozo sobre balanceado, es por lo tanto normal que el fluido de perforacin invada o fluya hacia formaciones permeables. Esa invasin, o aun el lavado o flushing de formaciones antes de perforar, puede afectar la evaluacin efectiva de la formacin o conducir a un dao permanente de la formacin (es decir, el taponamiento o bloqueo de los poros, restringiendo la permeabilidad). Un sobre balance muy grande, tambin puede conducir al fracturamiento de formaciones blandas o no consolidadas. Esto causar problemas en la perforacin asociados con el derrumbamiento de la formacin o hinchamiento en el anular, pero lo mas importante es, que puede ocasionar que el fluido se desplace libremente dentro de la formacin. Esta Prdida de Circulacin puede causar un descenso del nivel de lodo en el anular y por lo tanto, una reduccin en la presin hidrosttica. Esto puede resultar en que otras formaciones permeables lleguen a una condicin de sub balance. El pozo entonces est sometido a una posible situacin de peligro, conocida como un reventn o blowout, donde los fluidos de formacin estn fluyendo libremente en alguna parte del pozo se ha perdido circulacin en otra. PHID = x PVV x 0.052 donde = Densidad del lodo (ppg) PHID = Presin hidrosttica (psi) PVV = Profundidad vertical verdadera (pies) PHID = x PVV x 0.433 donde = Densidad del lodo (GE) PHID = Presin hidrosttica (psi) PVV = Profundidad vertical verdadera (pies) PHID = x PVV x 0.00981 donde = Densidad del lodo (kg/m3) PHID = Presin hidrosttica (Kpa) PVV = Profundidad vertical verdadera (m)

5


1.4 Limpieza del Hueco Esto es una funcin muy importante del lodo, pero es muy difcil de alcanzar en la prctica. La accin de chorro de salida del lodo a travs de las boquillas de la broca debe proporcionar la velocidad suficiente y fluir hacia el frente de la roca para remover efectivamente los ripios que se encuentran alrededor de la broca a medida que la roca es penetrada de nuevo. Esto prevendra que se acumulen ripios alrededor de broca y sus dientes (empaquetamiento de la broca), evitando el molimiento excesivo de los ripios y transportndolos hacia arriba por el anular, maximizando al eficiencia de la perforacin. Muchas variables juegan un rol importante en la eficiencia de limpieza del hueco, incluyendo el peso sobre la broca y velocidad de rotacin, tipo de broca, tasa de flujo, velocidad de chorro, presin diferencial, tamao de las boquillas, localizacin y distancia del frente de roca, volumen de slidos, etc. 1.5 Transmisin de Potencia Hidrulica a la Broca Efectivamente, el fluido de perforacin transmite Potencia hidrulica a la broca a travs de las bombas del taladro. La tasa de circulacin del fluido de perforacin debera tener la potencia ptima para limpiar el frente del hueco delante de la broca permitiendo una perforacin eficiente. La Potencia hidrulica usada en la broca, determina el grado de optimizacin de la hidrulica, ya sea para limpieza del hueco o para alcanzar un flujo laminar en el anular. 1.6 Soporte del Peso de la Sarta de Perforacin Los bloques, suspendidos desde la torre, deben soportar el incremento del peso de la sarta de perforacin a medida que la profundidad se incremente. A travs de este desplazamiento, la sarta de perforacin es empujada hacia arriba por el fluido de perforacin. Esto reduce efectivamente el peso total que los equipos de superficie tienen que soportar. 1.7 Estabilidad de la Formacin La estabilidad de la formacin es obviamente lo mas importante para alcanzar una operacin satisfactoria. Un hueco limpio y estable permitir:

Tasas de perforacin ptimas Libre rotacin de la sarta Riesgo mnimo de pega de tubera Carga mnima en el anular, permitiendo Buena limpieza y bajas presiones de circulacin Facilidad en la corrida de herramientas de registro y tubera de revestimiento hacia el fondo

del hueco. El fluido de perforacin debe, por lo tanto, ser capaz de:

Prevenir erosin y colapso del hueco Prevenir que las presiones de formacin causen una produccin de derrumbes (caving) Evitar el hinchamiento y desprendimiento de lutitas (es preferible utilizar lodos base aceite, los

lodos base agua tiene que ser tratados con compuestos de Ca/K/Asfalto);

6


Evitar la disolucin de secciones de sal (utilizar lodos base aceite o saturados de sal para evitar la disolucin de la sal).

1.8 Evaluacin de Formacin Esta realmente, es la razn de la perforacin de pozos, encontrar y evaluar potenciales reservorios. Sin embargo, los pozos son generalmente perforados colocando especial atencin en las tasas de perforacin y los costos y frecuentemente se han implementado programas que van en detrimento de la evaluacin de la formacin. Uno de los principales problemas ha sido el uso aditivos base aceite en los fluidos de perforacin, los cuales complican e interfieren el anlisis de los ripios. Anlisis de los Ripios Naturalmente, es importante obtener una buena calidad de ripios para el anlisis geolgico. La viscosidad determina que tan efectivamente los cortes son sostenidos por el lodo y llevados fuera del hueco. El tipo de flujo determinar el grado de erosin y alteracin estructural de los ripios, en consecuencia, es preferible un flujo laminar que una flujo turbulento catico. Los lodos base aceite tpicamente producen excelente calidad de ripios, especialmente en litologas arcillosas donde los sistemas base agua pueden reaccionar con las arcillas. Registros Elctricos y Pruebas de Produccin Con un pozo normalmente sobre balanceado, los fluidos base agua naturalmente invadirn las formaciones permeables. Esto desplaza los fluidos de formacin lejos del pozo, dejando una mezcla de fluido de formacin y filtrado de lodo. Este tipo de invasin de agua puede afectar la precisin en el anlisis de los registros elctricos, especialmente la medida de la resistividad del fluido de formacin y los testigos de pared (sidewall core), dificultando la evaluacin del reservorio y la identificacin del hidrocarburo. Para minimizar la invasin de fluidos, se permite que en la pared del hueco se forme una torta de filtrado (filter cake). Esto ocurre en el momento de la invasin y los slidos del lodo (ya sea, partculas agregadas al fluido de perforacin o de la formacin) son dejados en la pared del hueco. Cuando est lo suficientemente gruesa, una capa impermeable evita invasiones adicionales Invasin de lodo muy severa, no slo puede hacer perder los anlisis de los registros elctricos, sino, tambin, que la formacin se puede daar permanentemente. En otras palabras, los poros y la permeabilidad se pueden bloquear o taponar por accin del filtrado del lodo, lo cual afectara el resultado del flujo en pruebas tales como RFT o DSTs. Una formacin normal de torta de filtrado es normalmente suficiente para evitar una invasin excesiva, pero esto puede ser menos efectivo en pozos desviados u horizontales donde el movimiento de la sarta hacia abajo puede remover cualquier torta que se ha depositado. El lodo base aceite evita el riesgo de invasin en la mayora de las situaciones, ya que es inmiscible en agua y por lo tanto, incapaz de mezclarse con fluidos de formacin. La perforacin con fluidos sub balanceados tambin reduce el riesgo de invasin, ya que la presin de formacin excede a la del pozo, evitando el movimiento de cualquier fluido en esa direccin.

7


2 TIPOS DE LODO DE PERFORACIN Este manual contiene un breve resumen de los fluidos de perforacin convencionales utilizados en aplicaciones de perforacin balanceadas. Se pueden agrupar en las siguientes categoras: Lodos base agua incluyendo polmeros y geles Base aceite, incluyendo emulsiones inversas Sintticos o aceites minerales (World Oil, Junio 2000, es la principal fuente de esta clasificacin) 2.1 Lodos Base Agua No-Dispersos Usando agua dulce, estos sistemas incluyen lodos de inicio o spud, naturales y otros sistemas ligeramente tratados. Se usan, por lo general, para pozos poco profundos o secciones de tope de hueco. No se agregan adelgazantes ni dispersantes para dispersar slidos y partculas arcillosas perforadas. Mas bien, se permite que el agua reaccione con formaciones que contienen lutitas/arcillas para que el lodo forme slidos y se densifique naturalmente. Dispersos Estos sistemas se usan tpicamente en profundidades mayores donde se requieren mayores densidades o donde las condiciones problemticas del hueco requieren tratamiento especializado. El sistema de lodo ser dispersado con aditivos especficos para suministrarle propiedades especiales. Lignosulfatos/lignitos/taninos Son defloculantes efectivos y reductores de filtrado, aportando lodos de

alta densidad con tolerancia a altas temperaturas y a la contaminacin por slidos.

Potasio Inhiben el desprendimiento de las lutitas Calcio La adicin de Calcio o Magnesio a lodos de agua dulce, reducen o inhiben el hinchamiento e hidratacin de las arcillas y las lutitas. Niveles altos de calcio disuelto se utilizan para minimizar hinchamiento en las lutitas y ensanchamiento del hueco. Lodos tratados con calcio son tambin para perforar litologas con contenido de yeso/anhidrita, ya que resisten la contaminacin. No obstante, a temperaturas altas son susceptibles a gelificarse y solidificarse. Polmeros

8


Tpicamente, polmeros de grandes cadenas (ejemplo, acrilamida, celulosa) son utilizados en sistemas de lodo para darle un cierto nmero de ventajas:

Encapsular slidos perforados para prevenir la dispersin Cubrir lutitas para inhibir y prevenir el hinchamiento Incrementar la viscosidad Reducir la prdida de fluidos (filtracin)

KCl/NaCl Sales inhibidas como las que aportan mayor estabilidad a las lutitas. Bajo en slidos Estos incluyen sistemas donde los slidos son estrictamente controlados, tpicamente con volmenes totales de slidos entre 6% y 10% y volmenes de arcillas menores de 3%. Usan tpicamente aditivos de polmero como un elemento que incrementa la viscosidad y no son dispersos. Este tipo de sistema se usa mejorar las tasas de penetracin. Agua Salada Saturados de Sal Concentraciones de cloruros alrededor de 190,000 mg/l. Utilizados para perforar formaciones salinas para evitar la disolucin. Agua Salada Concentraciones de cloruros entre 10,000 y 190,000 mg/l. Los lodos son preparados de, ya sea agua dulce o salmueras y sales agregadas para obtener el nivel de concentracin deseado. KCL se podra usar cuando se requiere inhibir el desprendimiento de lutitas. Aditivos tales como cscaras que se pueden agregar para incrementar la viscosidad y mejorar la limpieza del hueco. 2.2 Lodos Base Aceite Lodos Base aceite Estos sistemas se utilizan cuando se requieren altos niveles de inhibicin y estabilidad de fluido . tienen muchas ventajas, tales como:

Inhibe para reducir problemas causados por hidratacin e hinchamiento de lutitas. Aporta buena lubricidad, reduce el torque, el arrastre y riesgo de pega. Estable a altas temperaturas. Preserva la permeabilidad natural,, no daa zonas de hidrocarburos (a travs de invasin).

Debido a estas caractersticas, estos sistemas proporcionan tasas de perforacin ms rpidas. Ayuda a comparar costos de sistemas de lodo base aceite, pero tiene las siguientes desventajas:

9


Posibles problemas ambientales Inflamabilidad Remocin de slidos debido alta Viscosidad Plstica VP (Se requiere un buen equipo, como

los lodos de polmero). Problemas para interpretar los registros Costoso

Los lodos base aceite contienen slo diesel en la fase lquida, y aunque pueden tomar agua de formacin, no se le agrega agua ni salmuera adicional. Para dar viscosidad a los lodos base aceite, se deben agregar geles o emulsificantes. La alcalinidad se puede mejorar agregando limo, materiales orgnicos o detergentes. Lodos de Emulsin inversas Son emulsiones de agua en aceite, con el aceite como fase continua y por encima de 50% salmuera en la fase emulsificante. La salmuera de cloruro de calcio es un emulsificante muy usado en estos sistemas. Lodos de Emulsin Con estos fluidos, el agua aporta la mayor fase continua, con el aceite como la fase dispersa (normalmente 5%-10%). Con el agua siendo la fase principal, los costos se reducen y los problemas ambientales se minimizan. Pero al agregar aceite, se genera una serie de ventajas asociadas con los sistemas base aceite, tales como incremento de la ROP, reduce la prdida de filtrado, lubricacin mejorada, torque y arrastre reducido. 2.3 Lodos Sintticos Una de las grandes desventajas de los lodos base aceite, a pesar de todas las ventajas para la perforacin y la formacin, es la amenaza que representan para el medio ambiente y al personal que lo manipula. Por esta razn, los aceites sintticos (aceites minerales) han ganado terreno. Tienen las misma ventajas de que los sistemas base aceite, pero no tienen problemas ambientales asociados. Sistemas comunes son esteres, teres y olefinas alfa poli o isomerizadas; Son ambientalmente amigables y biodegradables y pueden ser descargados al mar sin problemas. 2.4 Aditivos Comunes del Lodo

TIPO PROPSITO AGENTES Alcalinos Controlan la acidez y la alcalinidad Limo, soda custica, sodio,

bicarbonato de sodio

10


Inhibidores de la corrosin

Evitan la corrosin Controlan el pH Neutralizan materiales peligrosos, cidos, gases tales como el H2S Evitan la formacin de precipitados en el lodo

Productos con base de Aminas- o fosfatos

Antiespumantes

Reducen la accin de las espumas, especialmente en lodos salinos

Emulsificantes Crean una mezcla heterognea de dos lquidos insolubles

Lodos base aceite cidos grasos, aminas Lodos base agua detergentes, jabones, cidos orgnicos.

Filtrados o Reductores de agua

Aditivos para evitar la prdida de agua, la tendencia de la fase lquida es pasar a travs de la torta en la formacin.

Bentonita, lignito, poliacrilato, cscara o almidn pregelatinizado.

Floculantes Incrementan la viscosidad Mejora la limpieza del hueco Deshidrata o clarifica fluidos bajos en slidos Partculas en suspensin se agruparn en floculos causando que los slidos se precipiten

Sal, limo hidratado, yeso, soda, bicarbonato de sodio, polmeros

Lubricantes Reducen la friccin, por lo tanto, reducen el torque y arrastre

Aceites, lquidos sintticos, grafito, glicol o espumantes

Agentes liberadores de tubera

Reducen la friccin e incrementan la lubricidad en el punto donde la tubera est pegada.

Detergentes, jabones, aceites, espumantes

Inhibidores de Lutitas Reducen la hidratacin de las lutitas cuando se perfora con lodos base agua, previniendo el excesivo ensanchamiento del hueco y desprendimiento de lutitas.

Calcio soluble o potasio, sales orgnicas, compuestos orgnicos.

11


Espumantes Agentes activos en superficie; reducen la

tensin entre las superficies de contacto tales como agua/aceite, agua/slidos, agua/aire, etc.

Emulsificantes, anti-emulsificantes, agentes humidificantes, floculantes o anti-floculantes, dependiendo de las superficies involucradas.

Estabilidadores de Temperatura

Incrementan la reologa y la estabilidad en la filtracin en fluidos expuestos a altas temperaturas.

Acrlicos o polmeros sulfatados, lignito, lignosulfato, tanino

Adelgazantes, dispersantes

Modifican la relacin entre la viscosidad y el volumen de slidos, reduciendo la resistencia del gel e incrementando la bombeabilidad de un fluido Aun adelgazante, mas especficamente acta como un antifloculante para reducir la atraccin de las partculas arcillosas que incrementan la viscosidad y la resistencia del gel.

Taninos, lignito y lignosulfatos, polifosfatos

Viscosificadores Incrementan la viscosidad, aportando mayor suspensin de slidos y limpieza del hueco.

Bentonita, CMC, attapulgita arcillas y polmeros

Densificadores Aportan la densidad necesaria para controlar las presiones de formacin, proporcionan estabilidad del hueco y para evitar el efecto de tubo en U durante la conexin.

Barita, compuestos de plomo, xidos de hierro, carbonato de calcio

12


3 REOLOGA DEFINICIONES La mayora de los parmetros hidrulicos, primero que todo, dependen del tipo de fluido de perforacin y del modelo que se est usando para los clculos. Las categoras se determinan por el comportamiento del fluido cuando es sometido a una esfuerzo (esfuerzo cortante). Precisamente, en trminos de comportamiento del fluido, se tiene lo siguiente: En qu punto del esfuerzo cortante se inici el movimiento del fluido? Una vez se ha iniciado el movimiento, cul es la naturaleza del movimiento del fluido (Tasa de

Corte)? 3.1 Tasa de Corte y Esfuerzo La Tasa de Corte en un fluido simple, es el cambio de velocidad dividido por el ancho del canal a travs del cual el fluido se est moviendo. Tasa de Corte () = v2 - v1 h

= seg-1

h

v1

v2

En el pozo, la Tasa de Corte se determina por la velocidad rotacional del viscosmetro de Fann en el que se realizan las pruebas. De esta manera, el Esfuerzo Cortante es registrado a velocidades rotacionales de 600 (tasa de corte = 1022 seg-1), 300 (tasa de corte = 511 seg-1), 200, 100, 6 y 3 rpm. El Esfuerzo Cortante es la fuerza por unidad de rea que se requiere para mover un fluido a una tasa de corte dada.

FuerzaArea

Esfuerzo Cortante () = F/A = lb. pie o lb. pie o dinas

13


pulg2 100pie2 cm2 Los Esfuerzos cortantes registrados para cada una de las Tasas de Corte a diferentes velocidades rotacional del viscosmetro se pueden plotear para obtener un perfil del comportamiento completo a travs del espectro reolgico

Esfuerzo Cortante, Lb/100ft2

100 200 300 400 500 600 Tasa de Corte, RPM

3.2 Viscosidad del Fluido Matemticamente, la viscosidad se determina dividiendo el esfuerzo cortante de un fluido por la correspondiente tasa de corte. Viscosidad del Fluido () = Esfuerzo Cortante = dinas/cm2 = poise Tasa de Corte seg-1 1 poise = 100 centipoise (cP) 1 lb. pie. seg = 47886 cP pie2 La viscosidad controla la magnitud del esfuerzo cortante que se desarrolla en una capa de fluido que se desliza sobre otra. Es una medida de la friccin entre capas de fluido, aportando una escala para describir el espesor del fluido. Disminuir con la temperatura. En trminos simples, describe el espesor del lodo cuando est en movimiento.

14


Viscosidad de Embudo Es una medida directa del viscosmetro de embudo (opuesto al viscosmetro de Fann) y se mide en seg/qt. Generalmente, se usa en el pozo para medidas intermedias y es simplemente el tiempo que toma un cuarto de fluido en pasar a travs del embudo. La viscosidad de embudo no se aplica para los anlisis de desempeo de circulacin Una determinacin final es la viscosidad Aparente, simplemente 600/2 3.3 Viscosidad Plstica y Punto de Cedencia (Yield Point) Para un fluido Bingham (Ver siguiente), la Viscosidad Plstica (VP) es la cantidad de esfuerzo cortante adicional al esfuerzo cedente (Yield Stress) que inducir una unidad de Tasa de Corte. Mas simplemente, es la relacin entre el esfuerzo cortante y la tasa de corte durante el movimiento del fluido. Es la pendiente de la lnea recta que pasa a travs de 600 y 300 (el esfuerzo causado por velocidades rotacionales de 600 y 300 rpm). El Punto de Cedencia (YP), o esfuerzo cedente de un fluido, es una medida de las fuerzas de atraccin entre las partculas de lodo que resultan de la presencia de cargas +ve y -ve en las superficies de las partculas. Es una medida de las fuerzas que causan que el lodo se gelifique apenas est en reposo y determina la capacidad de sostenimiento o transporte del lodo. En otras palabras, es la fuerza del fluido capaz de soportar una partculas de cierto peso y tamao. Unidad normal de medida es Imperial lb o Mtrico: dinas / cm2 100pies2 3.4 Esfuerzo de Gel (Gel Strength) El Esfuerzo del Gel es la capacidad del lodo a desarrollar y retener una estructura en gel. Es anlogo al esfuerzo cortante y define la habilidad de lodo para sostener slidos en suspensin.. Mas simplemente, describe el espesor de un lodo que ha estado en reposo por un cierto periodo de tiempo (diferencia de la viscosidad que describe el espesor del lodo cuando est en movimiento). Es una medida de la propiedad engrosamiento de un fluido y es funcin del tiempo. Las medidas son por lo tanto conducidas despus de periodos de 10 segundo y 10 minutos Unidades normales de medida: lb 100pies2 Con la duracin de una operacin de perforacin, es decir, la edad de un fluido de perforacin, la viscosidad y el esfuerzo cortante tienden a incrementarse como resultado del aporte de slidos dentro del sistema de lodo. Se debe agregar mas lquido para compensar esto, o remover los slidos mediante el uso de centrfugas.

15


16


4 MODELOS DE COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS 4.1 Fluidos Newtonianos Un fluido Newtoniano comenzar a moverse o a deformarse en el instante en que se le aplica una fuerza o esfuerzo cortante. Una vez se ha iniciado el movimiento, el grado de movimiento es proporcional al esfuerzo aplicado. Es decir, Existe una relacin lineal entre el Esfuerzo Cortante () y la Tasa de Corte ().

gradiente =

Por lo tanto, para un fluido Newtoniano : = donde = viscosidad La mayora de los fluidos de perforacin y las lechadas de cemento, no obstante, presentan un comportamiento no Newtoniano donde en el flujo laminar la relacin entre esfuerzo cortante y tasa de corte no es lineal. Estos fluidos tambin requieren una cierta cantidad de esfuerzo cortante para iniciar el flujo por lo que resulta necesario aplicar un esfuerzo adicional a medida que la tasa de corte se incrementa. El nivel de esfuerzo cortante requerido para iniciar el flujo de un fluido se conoce como el Punto de Cedencia del fluido( Yield Point). Se han utilizado dos modelos principales como un estndar en la industria petrolera: 1. El modelo Plstico de Bingham 2. El modelo de ley Exponencial (Power Law Model) Recientemente, se acepta, generalmente que ambos modelos tienen meritos, pero el modelo de Ley Exponencial se aplica mas a la mayora de los fluidos. Se ha desarrollado un tercer modelo, el cual es una combinacin de ambos modelos. Este modelo se conoce como la Ley Exponencial Modificada o Modified Power Law (tambin conocido como Yield Power Law or Herschel-Bulkley Model).

17


4.2 Modelo Plstico de Bingham Este modelo predice que el movimiento del fluido ocurrir slo despus que se haya aplicado un valor mnimo de Esfuerzo Cortante. Este valor mnimo es el Punto de Cedencia o Yield Point del fluido Una vez se ha iniciado el movimiento, la relacin entre Esfuerzo Cortante () y la Tasa de Corte () es lineal (es decir, Newtoniano), con la constante denominada Viscosidad Plstica (VP) La Viscosidad Plstica depende de la temperatura y la presin.

600

300

YP

gradiente = VP

Lectura del cuadrante

(rpm)

Para Fluidos Bingham = YP + .VP VP = 600 - 300 YP = 300 - VP = 0 El modelo plstico de Bingham representa, de manera acertada, el comportamiento de fluidos tales como lechadas de bentonita, cementos clase G y aceites de baja gravedad. Un fluido Bingham tpico tendr una alta viscosidad, pero no esfuerzo de gel. Para fluidos mas complejos, no obstante, el modelo Bingham est sujeto a errores. Si bien el modelo Bingham simula el comportamiento de un fluido a una alta tasa de corte (300 a 600 rpm), es generalmente inexacto en las tasas de corte bajas. Los esfuerzos cortantes medidos a altas tasas de corte son usualmente pobres indicadores del comportamiento del fluido a bajas tasas de corte, el rea de inters y que constituyen el rea de inters para simular el comportamiento del flujo en el anular.

18


Sujeto a este error, el punto de cedencia tiende a dar resultados en prdidas de presiones calculadas y densidades de circulacin equivalentes que son mayores a las observadas actualmente 4.3 Modelo de la Ley Exponencial (Power Law Model) El modelo de Ley Exponencial asume que el movimiento del fluido se iniciar inmediatamente se aplique cualquier esfuerzo cortante El modelo entonces predice que, que una vez se ha iniciado el movimiento, los fluidos muestran una relacin no lineal entre Esfuerzo Cortante () y la Tasa de Corte () e introduce dos valores ndice para determinar la relacin.

300 600

300 600

Lectura del cuadrante

(rpm)

Al representar grficamente el logaritmo del esfuerzo y la deformacin se tiene: K

10

100 gradiente = n

1 10 100 1000 Log

Log

Para los fluidos de la Ley Exponencial (Power Law) = K ()n Donde, K = ndice de consistencia n = ndice de comportamiento del flujo Clculo de n and K:- n = 3.32 log 600

19


300 K = 1.067 300 (lb/100pie2) o K = 5.11 300 (dinas/cm2) (511)n (511)n

El modelo reolgico de la Ley Exponencial (Power Law) es el que mejor se ajusta a la mayora de los fluidos mas que el Modelo Plstico de Bingham, especialmente fluidos de base polmero. Los fluidos que siguen este modelo no presentan esfuerzo cortante cuando la tasa de corte es cero. El incoveniente, en este caso, es que la mayora de los fluidos tienen un punto de cedencia, pero no se puede considerar en este modelo. De manera similar al modelo Plstico de Bingham, pero en menor grado, el modelo de Ley Exponencial predice exactamente el comportamiento del fluido a tasas de corte altas, pero muestra un margen de error a tasas de corte bajas. El resultado de esto, es que la prdida de presin en el anular y el ECD son subestimados por los clculos del modelo. En la mayora de los casos, no obstante, el modelo de Ley Exponencial se aproxima bastante a las propiedades del fluido aun cuando son calculadas a partir de valores de tasas de corte altos. Es posible obtener valores de n diferentes, dependiendo de los pares de esfuerzo cortante/tasa de corte que se usan en el calculo. As pues, este modelo se puede aplicar usando datos de una escala de tasas de corte anulares, proporcionando una mejor precisin en la prediccin del desempeo del fluido de perforacin. Calculo de n y K a otras tasas de corte:

Con 200 y 100 Con 6 y 3 n = 3.32 log 200/100 n = 3.32 log 6/3 K = 100 / (170.3)n K = 3 / (5.11)n En el caso extremo, donde n=1, el fluido tendr un comportamiento Newtoniano Es decir, = K donde K ser igual a la viscosidad . Cuando emplee el par de tasa de corte bajo de 6 y 3 rpm? Describe mas exactamente la suspensin y el potencial de limpieza del hueco En huecos de gran dimetro Aplicaciones en perforacin horizontal 4.4 La Ley Exponencial Modificada (The Modified Power Law)

20


21

Este modelo combina aspectos tericos y prctico de los modelos Plstico de Bingham y Ley Exponencial. En este modelo, los valores de n y k son similares a los derivados del modelo de la Ley Exponencial. El modelo asume que los fluidos requerirn una cierta cantidad de esfuerzo aplicado antes que se inicie el movimiento y para los fluidos que presenten esfuerzo de cedencia (yield stress), los valores de n y K sern diferentes.

Tasa de Corte

0 (Punto de Cedencia o Esfuerzo de Cedencia

EsfuerzoCortante

Para Fluidos de Ley Exponencial Modificada = 0 + K ()n Donde, K = ndice de consistencia n = ndice de comportamiento de flujo El valor 0 es el punto de cedencia del fluido a una tasa de corte cero y, en teora, es idntico al punto de cedencia del modelo Plstico de Bingham, aunque el valor calculado es diferente Cuando n = 1, El modelo se convierte en el Modelo Plstico de Bingham 0 = 0, el modelo se convierte en el Modelo de Ley Exponencial El modelo funciona para lodos base agua y base aceite, ya que ambos presentan un comportamiento adelgazante y presentan esfuerzos cortante a tasas de corte cero. El problema con el modelo es que el clculo de n, K y 0 es muy complejo. 4.5 Reograma - Resumen de los Modelos de Fluidos de Perforacin

Esfuerzo Cortante

Plstico de Bingham

Ley Exponencial Modificada

Ley Exponencial

Newtoniano


Nota: para que el sistema QLOG calcule de manera precisa la hidrulica en tiempo real, los valores de tasa de corte se deben actualizar con regularidad en Equipment Table. Los datos se pueden entrar en cualquiera de los tres pares estndar de tasa de corte Es decir,. 600 y 300 200 y 100 6 y 3 Por lo general, la industria usa el par 600/300, pero como se observ en este manual, existen aplicaciones cuando el par 6/3 resulta mas significativo. Lo ideal es, si hay una razn para usar el par 6/3, se debera discutir y confirmar con los ingenieros de lodos y de perforacin. 4.6 Efectos de los Modelo en Flujos Viscosos Fluidos Newtonianos El flujo laminar a travs de la tubera o el anular se caracteriza por presentar un perfil de velocidad parablico, con una velocidad que se aproxima a cero en las paredes y alcanzando su mximo valor en el centro del flujo. Fluidos No Newtonianos Para estos fluidos, el flujo no necesariamente es parablico. A medida que se vuelve mas no Newtoniano, el perfil de velocidad se har cada vez mas plano hacia el centro. Esto es conocido como Flujo Tapn (plugged flow). Partiendo del modelo de la Ley Exponencial (Power Law), cuando n es igual a 1, el fluido es Newtoniano y el perfil de velocidad tendr una tendencia parablica. A medida que n disminuye, es decir, el fluido se har cada vez mas a ser no-Newtoniano y el perfil de velocidad se har cada vez mas plano. En esta parte plana del perfil, la tasa de corte se aproximar a cero (es decir, muy poco movimiento

22


entre lminas adyacentes). Los fluidos que tienen una alta viscosidad en esta condicin de tasa de corte cercana a cero ofrece mejoras en la eficiencia de la limpieza del hueco. Zona de bajo Corte

Areas de alto Corte

Efecto de n en el perfil de velocidad

n=0.2 n=0.6 n=1

23


5 PATRONES DE FLUJO LAMINAR, TURBULENTO Y TRANSICIONAL El tipo de patrn de flujo es determinado por la velocidad del fluido, los dimetros anulares y las caractersticas del lodo. Por lo general, a menor velocidad de fluido y mayor dimetro anular, el flujo tiende a ser laminar. Un patrn de flujo turbulento se da cuando la velocidad del fluido es alta y cuando se tiene un espacio anular pequeo, es decir, alrededor de la seccin de los collares (drill collar) 5.1 Flujo Laminar Se presentar un platn de flujo suave con capas de fluido que viajan en lneas rectas paralelas al eje. La velocidad se incrementar hacia el centro hacia el centro de la corriente. EL flujo laminar se producir de velocidades de fluido bajas. Hay solo un componente direccional de la velocidad del fluido y es longitudinal. La resistencia de corte es causada por la accin de deslizamiento de capas de fluido solamente. 5.2 Flujo Turbulento Con flujo turbulento, el patrn del flujo es aleatorio en tiempo y espacio, con movimiento catico y desordenado de las partculas del fluido. Con movimiento catico y multidireccional e incremento de friccin; las fuerzas, las resistencia de corte son mucho mayores en el flujo turbulento que en el flujo laminar. Se presentar flujo turbulento a velocidades de flujo altas con un perfil de velocidad que tiende a ser uniforme a pesar de los componentes caticos.

24


Por esta razn, el flujo turbulento es realmente mas efectivo en la remocin de ripios, pero las desventajas son mayores que las ventajas Desventajas:-

erosin de ripios, lo cual destruye las propiedades interpretativas posibilidad de erosin del hueco aumento en las prdidas de presin debido a fuerzas de friccin altas del movimiento del fluido,

a velocidades altas y mayor contacto con la pared remocin de la torta de filtrado

Otra ventaja del flujo turbulento, se presenta durante las operaciones de cementacin, ya que el flujo aleatorio ayuda a remover la torta de filtrado de las paredes del hueco. Esto permitir que el cemento entre en buen contacto con superficies frescas adhirindose mas mejor. 5.3 Flujo Transicional Realmente, no hay cambios instantneos de flujo laminar a flujo turbulento a medida que la velocidad del fluido se incrementa. Obviamente habr un periodo transicional donde los flujos cambias de un estado a otro. Este flujo transicional presentar elementos de flujo laminar y turbulento. 5.4 Determinacin del Tipo de Flujo Es muy importante que seamos capaces de determinar el tipo de flujo presente, no solo, debido a sus efectos fsicos, sino, para calcular las prdidas de presin en la sarta y en el anular y que constituyen la parte mas importante en los anlisis de la hidrulica. La velocidad del fluido y los dimetros anulares se usan para determinar el tipo de flujo en conjunto con la densidad y viscosidad del lodo. Estos parmetros se usan para determinar el Nmero de Reynolds, un nmero adimensional: Re = DV donde D = dimetro e V = velocidad del fluido = densidad e = viscosidad efectiva Note que la viscosidad efectiva se usa en la determinacin del Nmero de Reynolds, mas que la viscosidad derivada de las mediciones en superficie. 5.4.1 Derivacin de la Viscosidad Efectiva

25


Fluido Bingham

e = VP + 300(Dh Dp) YP (imperial) v = VP + 2874 (Dh Dp) YP (mtrico) 48000 v

v = velocidad anular promedio Dh/Dp = Dimetros del hueco y tubera (exterior) Unidades Imperiales: e = cP Mtrico: e = cP v = pies/min v = m/seg D = pulgadas D = mm YP = lb/100pies2 YP = dinas/cm2 VP = cP VP = cP Fluido que obedece a la Ley Exponencial (Power Law Fluid) e = [ (2.4 v) x (2n + 1) ] n x 200K (DhDp) (imperial) [ (DhDp) (3n) ] v = 1916K (DhDp) x [ (4000 v) x (2n + 1) ] n 4800v [ (DhDp) ( n ) ] (mtrico) = [ (200 v) x (2n + 1) ] n x 0.5K (DhDp) [ (DhDp) (3n) ] v (SI) Imperial: e = cP Mtrico: e = cP SI: e = mPa.s v = pies/min v = m/seg v = m/min D = pulgadas D = mm D = mm K = lb/100pies2 K = dinas/cm2 K = Poise

26


5.4.2 Determinacin del Nmero de Reynolds Imperial Re = 15.47 Dv D = dimetro = pulgadas e v = velocidad promedio = pies/min = densidad del lodo = ppg e = viscosidad efectiva = cP Mtrico Re = 1000 DV D = mm e v = m/seg = kg/litro e = cP SI Re = DV D = mm 60e v = m/min = kg/m3 e = mPa.s Para nmero de Reynolds dentro la tubera, D = dimetro interno de la tubera Para nmero de Reynolds en el anular, D = dimetro del hueco dimetro externo de la tubera Note que para la velocidad del fluido, se usa una velocidad promedio para determinar el nmero del Reynolds y la Viscosidad Efectiva. Realmente, como hemos observado, en las paredes del conducto se presenta una velocidad mnima, incrementndose la mximo en el centro del canal. La velocidad promedio del fluido (velocidad anular o velocidad en la tubera), se determina usando la siguiente frmula: 5.4.3 Determinacin de la Velocidad Anular Promedio v (pies/min) = 24.5 Q Q = Tasa de flujo o caudal (gpm) Dh2 Dp2 Dh = dimetro del hueco (pulgadas) Dp = dimetro externo de la tubera (pulgadas) v (pies/min) = 1030 Q Q = bbls/min Dh2 Dp2 Dimetros (pulgadas) v (m/min) = 1273000 Q Q = m3/min Dh2 Dp2 Dimetro (mm) Estas frmulas se pueden utilizar, obviamente, para calcular la velocidad del lodo dentro de la sarta En este caso, Dh2 se reemplazara por Di2, el dimetro interno de la tubera Dp, y sera, igual a cero.

27


5.4.4 Uso del nmero de Reynolds en la Determinacin del Tipo de Flujo El valor del nmero de Reynolds define la transicin entre el flujo laminar y el turbulento. Plstico Bingham El Nmero de Reynolds Crtico es 2100. Si Re < Rec, se dice que el flujo es laminar Si Re > Rec, se dice que el flujo es turbulento Ley Exponencial (Power Law) El Nmero de Reynolds Crtico es dado por 3470 - 1370n Si Re < 3470 - 1370n, el flujo es laminar Si Re > 4270 - 1370n, el flujo es turbulento Si 3470 - 1370n < Re < 4270 - 1370n, el flujo es transicional 5.4.5 Determinacin de la Velocidad Critica La Velocidad Crtica es la velocidad del fluido (ya sea, en el anular o en la tubera) a la cual el tipo de flujo llega a ser turbulento. Realmente, en el pozo, El ingeniero es el interesado en la velocidad anular, ya que, el flujo turbulento presenta problemas asociados con la erosin del hueco, dao a los ripios y remocin de la torta de filtrado. Cuando se analiza la velocidad anular, buscar suficiente velocidad anular para el levantamiento y remocin efectivos de los ripios, pero dentro de un rgimen de flujo laminar de modo que se produzca el menor dao posible del hueco. Muchos ingenieros se satisfacen , o incluso requieren un flujo transicional o turbulento alrededor de la seccin de los collares de perforacin (drill collar). Aqu, el espacio anular es mas pequeo, por lo tanto, debe permanecer libre de ripios. Sin embargo, para las secciones anulares restantes, se requerir, siempre, un flujo laminar para minimizar el dao y que la prdida de presin sea mnima. Bingham

Sarta Vc = 2.48 x ( VP + (V2P+ 73.57.YP.Di2.)) Di Anular Vc = 3.04 x ( VP + (V2P+ 40.05YP(DhDp)2 )) (DhDp) Vc = velocidad critica (m/min)

28


Dh = dimetro del hueco (mm) Dp = dimetro exterior de la tubera (mm) Di = dimetro interno de la tubera (mm) = densidad del lodo (kg/litro) VP = viscosidad plstica YP = Punto de Cedencia (yield point) Ley Exponencial (Power Law) 1 n Sarta Vc = 0.6 [ (3470 1370n)K ] 2n [ 3n + 1 ] 2n [ 1.27 ] [ 1.25 Di n ] 1 n Anular Vc = 0.6 [ (3470 1370n)K ] 2n [ 2n + 1 ] 2n [ 2.05 ] [0.64 (DhDp)n ] Las unidades son las mismas que las anteriores. n y K son los coeficientes de Ley Exponencial (Power Law). Otras ecuaciones para determinar la Velocidad anular Crtica: 1 n Imperial Vc (pies/min) = [ 3.88 x 104K] 2 - n [ ( 2.4 ) (2n + 1) ] 2 - n

[ ] [ (Dh-Dp) ( 3n ) ] = ppg D = pulgadas K = lb / 100pie2 1 n SI Vc (m/min) = [ 9 x 104K] 2 - n [ ( 200 ) (2n + 1) ] 2 - n [ ] [ (Dh-Dp) ( 3n ) ] = kg / m3 D = mm K = Poise

29


6 CLCULO DE PRDIDAS DE PRESIN EN EL SISTEMA Para entender la distribucin de la presin del pozo, considere un sistema cerrado con prdidas de presin por todo el sistema:

Cuando el lodo pasa a travs de toda tubera Cuando el lodo pasa a travs de la broca Cuando el lodo regresa a travs del anular Cuando el lodo es bombeado a travs de las lneas de superficies, tales como el standpipe, la

manguera de la kelly y las bombas

El total de estas prdidas, es decir, La Prdida Total de Presin en el Sistema sera igual a la presin real medida en el standpipe y es, por lo tanto, igual a la presin a la cual estn operando las bombas. Esto es una parte muy importante en la evaluacin de la hidrulica. Obviamente, la mxima prdida de presin posible ser determinada por la capacidad de funcionamiento de las bombas y los dems equipos de superficie. Esta mxima prdida de presin supera a la prdida de presin deseada por el ingeniero de perforacin La tarea del ingeniero de registro est supeditada a los parmetros proporcionados por el ingeniero de perforacin, seleccionando por ejemplo, el tamao correcto de las boquillas para lograr la prdida de presin del sistema requerida. La prdida de presin depende de la tasa de flujo, densidad y reologa del lodo, de la longitud de cada seccin y los dimetros de cada seccin de tubera y anular. Ya sea, si el flujo es laminar o turbulento, tambin influirn en la prdida de presin el flujo turbulento producir grandes prdidas de presin. 6.1 Factor de Friccin de Fanning Las fuerzas de friccin se dan en cualquier parte por donde se est moviendo el fluido, con capas interactuando entre s y entre las paredes del canal y otros obstculos. Estas fuerzas tienen un gran efecto en las prdidas de presin resultantes en una seccin anular o de tubera. Las fuerzas friccionales presentes muy diferentes, dependiendo de si el flujo es laminar o turbulento: Con flujo laminar, el movimiento del fluido ocurre solamente en una direccin paralelo a las

paredes del conducto, incrementndose hacia el centro. Las fuerzas de friccin sern, por lo tanto, aquellas capas que se mueven longitudinalmente una con respecto a la otra.

Con flujo turbulento, el movimiento del fluido es mucho mas complejo y multi-direccional, ya que

has muchas mas fuerzas friccionales. Por estas razn, trtese de prdidas de presin en la tubera o en el anular, para cada tipo de flujo, se determina un coeficiente denominado el Factor de Friccin de Fanning. El factor de friccin se determina a partir del Nmero de Reynolds que ya se ha calculado para cada seccin de tubera y del anular, basado en la velocidad anular, los dimetros, densidad y viscosidad efectiva.

30


Flujo Laminar fann = 24 / Re Re = Nmero de Reynolds en la seccin anular fpipe = 16 / Re Re = Nmero de Reynolds en la seccin de tubera Flujo Turbulento fturb = a / Reb Donde, Re = Nmero de Reynolds en el anular o en la tubera a = log n + 3.93 50 b = 1.75 - log n 7 Flujo Transitional fann = [ Re - c ] x [ ( a ) - (24) ] + 24 [ 800 ] [ (4270 - 1370n)b ( c ) ] c donde, Re = Nmero de Reynolds en el anular a = (log n + 3.93) / 50 b = (1.75 - log n) / 7 c = 3470 - 1370n ftubera = [ Re - c ] x [ ( a ) - (16) ] + 16 [ 800 ] [ (4270 - 1370n)b ( c ) ] c donde, Re = Nmero de Reynolds en la tubera

a, b, y c igual que la frmula anterior Cuando estamos utilizando el modelo de Ley Exponencial (Power Law Model), los valores de Fraccin de Fanning se sustituyen en las ecuaciones para calcular las prdidas de presin en el anular o en la tubera. Cuando calculamos estas prdidas de presin, se debe calcular separadamente cada seccin, luego se suman, para obtener la prdida total de presin en la tubera y en el anular. 6.2 Prdidas de Presin en la Sarta

31


Inicialmente, en las bombas hay prdidas de presin, debido a la friccin a medida que el lodo es bombeado a travs de la sarta. Las prdidas sern mayores en las secciones inferiores de la sarta, donde el dimetro interior es mas pequeo y la velocidad del lodo es mayor. Bingham Para flujo laminar, (KPa) = LQ VP + YP L 612.95 Di4 13.26Di Para flujo turbulento, Ploss (KPa) = L 0.8 Q1.8 vP0.2 901.63 Di4.8 donde, Ploss = Prdida de Presin (Kpa)

PL = longitud de seccin (m) Q = Caudal (litro/min) = densidad del lodo (kg/litro) VP = viscosidad plstica YP = Punto de Cedencia (Yield Point) Di = dimetro interno de tubera (pulgadas) Ley Exponencial (Power Law) En este caso, slo se considera una ecuacin, puesto que, ya sea si el flujo laminar o turbulento, por el Nmero de Reynolds y el Factor de Friccin de Fanning. SI Ploss (Kpa) = fp.v2..L 1800 Di

donde, fp = Factor de Friccin en la tubera

v = velocidad promedio en la tubera (m/min) = densidad del lodo (kg/m3) Di = Dimetro interior de tubera (mm) L = Longitud de seccin (m) Imperial Ploss (psi) = fp.v2..L 92870 Di

donde, v = pies/min = ppg (libras por galn) Di = pulgadas L = pies 6.3 Prdida de Presin en el Anular Las prdidas de presin friccionales se presentan a medida que el lodo retorna por el anular, pero son, por lo general, las mas pequeas de todo el sistema del hueco. As como las prdidas de presin en la sarta,

32


las prdidas de presin sern mayores hacia el fondo del hueco, al rededor de la seccin de los collares (drill collar), donde el espacio anular (dimetro del hueco menos dimetro exterior de la tubera) es muy pequeo y la velocidad anular es alta. Bingham Flujo laminar, Ploss = L Q VP + YP L 408.63(Dh+Dp)(DhDp)3 13.26(DhDp) Flujo turbulento, Ploss = L 0.8 Q1.8 V0.2P 706.96 (Dh+Dp)1.8(DhDp)3 Las unidades son las mismas que se utilizan en la frmula para la prdida de presin en la sarta. Dh = dimetro del hueco (pulgadas) Dp = dimetro exterior de la tubera (pulgadas) Ley Exponencial (Power Law) SI Ploss (Kpa) = fa.v2..L L = Longitud de seccin (m) 1800 (Dh - Dp) fa = Factor de Friccin en el anular v = velocidad anular promedio (m/min) = densidad el lodo (kg/m3) Dh = dimetro del hueco (mm) Dp = dimetro exterior de la tubera (mm) Imperial Ploss (psi) = fa.v2..L 92870 (Dh - Dp) donde, v = pies/min = ppg Dh = pulgadas Dp = pulgadas L = pies

33


6.4 Prdida de Presin en la Broca Son las prdidas de presin del sistema que ocurren cuando el lodo pasa a travs de las boquillas de la broca. Las mayores prdidas de presin del sistema, se dan en el rea de las boquillas, donde las velocidades son mayores, debido al reducido tamao. SI Ploss (Kpa) = . Q2. 277778 (D12 + D22 +D32 +....)2 donde, = densidad del lodo (kg/m3) Q = caudal (m3/min) Dn = dimetro de boquilla (mm) Imperial Ploss (psi) = . Q2. 156 (D12 + D22 +D32 +....)2 donde, = ppg Q = gpm Dn = 32nds de pulgada Desafortunadamente, estas ecuaciones (y el QLOG) no arrojarn clculos precisos para prdidas de presin para brocas de diamante. Eastman Christensen sugiere las siguientes operaciones: Para Flujo Radial, Ploss (bar) = 7.3188 0.61 Q TFA Para el alimentador (Feeder Collector), Ploss (bar) = 24.738 0.34 Q1.47 TFA1.76 Donde, = densidad del lodo (kg/l) Q = caudal (l/min) TFA = rea Total de Flujo (mm2) 1 bar = 100KPa

34


6.5 Prdidas de Presin en Superficie El clculo de las prdidas de presin debido a los equipos de superficie no est bien tan definida como las prdidas anteriormente expuestas y dependern del tipo de equipo presente en el taladro. Es decir, Tipo de bomba, longitud del standpipe y las lneas de superficie, longitud de la kelly, etc. Uno de los mtodos de clculo se basa el modelo Plstico de Bingham para prdidas de presin en flujos turbulentos. La parte principal de la ecuacin, 0.8 Q1.8 PV0.2, es multiplicado por una constante que representa cuatro tipos de taladro. Surface Ploss = E 0.8 Q1.8 PV0.2

donde, Ploss = prdida de presin (psi o Kpa)

= densidad (ppg o kg/litro) Q = gpm o litro/min

E es la constante que representa los cuatro tipos equipo de superficie empleados en el taladro. El tipo de taladro se puede verificar en cuadros de clasificacin. Sino, se coloca, por defecto, tipo 4 Clasificacin E Imperial Mtrico 1 2.5 x 104 8.8 x 106 2 9.6 x 105 3.3 x 106 3 5.3 x 105 1.8 x 106 4 4.2 x 105 1.4 x 106 en la prctica, esta clasificacin, generalmente, no est disponible en el pozo. Por esta razn, junto con el hecho que el mtodo est basado en un fluido Bingham, Datalog usa una tcnica diferente basada en la densidad del lodo y en la tasa de flujo, junto con una constante que representa diferentes tipos del equipo del taladro. As pues: Prdida de Presin en Superficie = 0.35 x Factor x Densidad del lodo x Caudal (Kpa) (kg/m3) (m3/min) El factor representa el valor seleccionado en QLOG, en equipment table el factor de conexin de superficie o surface connection factor. Este valor puede estar entre 0,2 y 0,5, siendo 0,5 el valor normal por defecto.

35


7 OTROS CLCULOS HIDRULICOS 7.1 Velocidad de Desprendimiento de los Ripios Hasta ahora, las velocidades que hemos analizado, slo corresponden con la velocidad del fluido. Los ripios, son obviamente mas pesados que el lodo,. Estos ripios presentan, siempre, un cierto un grado de desprendimiento. El grado de desprendimiento de los ripios depende de las densidades relativas, viscosidad y potencial de arrastre del lodo, as como el tamao de partcula. Velocidad Neta de los ripios = velocidad anular velocidad de desprendimiento de los ripios Uinidades del SI Vs = 0.42 Dp (p m)0.667 Dp = dimetro de partcula (mm) m0.333 e0.333 p = densidad de partcula (kg/m3) m = densidad del lodo (kg/m3) e = viscosidad efectiva del lodo (mPa.s) Vs = velocidad de desprendimiento (m/min) Imperial Vs = 175 Dp (p m)0.667 Dp = pulgadas m0.333 e0.333 p = ppg m = ppg e = cP Vs = pies/min La velocidad de desprendimiento de los ripios, cuando el flujo es turbulento, ser notablemente diferente cuando estn involucrados el flujo laminar y fuerzas constantes. Con el flujo turbulento, si la velocidad de desprendimiento es constante o no, depende del nmero de Reynolds de los ripios. Velocidad de Desprendimiento de los ripios en Flujo Turbulento Unidades en el SI Vs (m/min) = 6.85 [ Dp (p - m) ] 0.5 [ 1.5 ] Imperial Vs (pies/min) = 113.4 [ Dp (p - m) ] 0.5 [ 1.5 ] Note que en esta ecuacin no hay datos que incluyan velocidad ni viscosidad. Por lo tanto, la constancia de la velocidad, depender del nmero de Reynolds para la partcula.

36


7.2 Nmero de Reynolds para las partculas Unidades en el SI Rep = 0.01686. . Vs. Dp donde, = densidad del lodo (kg/m3) e Vs = velocidad de desprendimiento (m/min) Dp = dimetro de partcula (mm) e = viscosidad efectiva (mPa.s) Imperial Rep = 15.47. . Vs. Dp donde, = ppg e Vs = pies/min Dp = pulgadas e = cP Si el nmero de Reynolds para la partcula es > 2000, la partcula se desprender a la misma velocidad. Es decir, la velocidad de desprendimiento de los ripios ser constante en un flujo turbulento En el clculo de la velocidad de desprendimiento, se debe incorporara un Nmero de Reynolds para los ripios. Esto debido a las diferentes fuerzas friccionales presentes en los ripios, coeficiente de friccin o de arrastre. 7.3 Velocidad en las Boquillas Vn (m/seg) = Q Q = Caudal (litro/min) 38.71A A = rea Total de Flujo de las Boquillas (pulgadas2) Vn (ft/seg) = 0.32Q Q = gpm A A = in2 Conversion de las Boquillas a rea Total de Flujo TFA (pulgadas2) = 1/4 (d12 + d22 + d32 ) = 1/4 d2 ( 322 ) 1024 donde, d = tamao de las boquillas en 32avos de pulgada Alternativamente, los dimetros de las boquillas, se pueden usar mas que el rea Total de Flujo: Unidades SI Vn (m/seg) = 21220 Q donde, Q = m3/min Dn2 Dn = mm Imperial Vn (pies/seg) = 418.3 Q donde, Q = gpm Dn2 Dn = 32avos de pulgada

37


Ejercicio 1a Uso del Programa de Hidrulica Asegrese que las unidades del usuario sean las correctas, siguiendo los tipos de unidades en cuestin. Use los siguientes datos y perfiles de tubera: Revestimiento de 13 3/8 @ 500m, ID = 12.42 (315.5mm) Hueco de 12 1/4 (311.2mm) @ 1500m 200m x 9 1/2 DCs, OD 9.5 ID 3.0 (241.3/76.2mm) 100m x 8 DCs OD 8.0 ID 3.0 (203.2/76.2mm) 300m x HWDP OD 5.0 ID 3.0 (127/76.2mm) DP OD 5.0 ID 4.28 (127/108.7mm) Boquillas 3 x 15 (3 x 11.9mm) Densidad del lodo 9.8ppg 100 SPM a una tasa de flujo de 2.0 m3/min 600 and 300 60/35 Factor de conexin de superficie 0.5 (Asegrese de entrar este parmetro al QLOG, en equipment table) 1. Qu tipo de flujo se presenta en cada seccin anular? Cul es la Prdida Total en el sistema y en superficie? 2. Compare la prdida de presin en superficie usando un factor de 0.2 3. Usando un SCF de 0.5, qu tasa de flujo se requiere para producir un sistema de presin de

2500psi? 4. Cul es el Nuevo tamao de boquillas requerido para reducir la presin a 2000psi? 5. Cul es la presin si el peso del lodo se incrementa a 10.8ppg? 6. Con una tasa de flujo de 2.0 m3/min, qu tipo de boquillas se requieren ahora para generar una

presin del sistema de 2000psi? 7. El flujo sigue siendo laminar en todas las secciones anulares? 8. Si el flujo es transicional, se aceptan DC de 9 1/2, pero no DCs de 8 DCs, Cul es la mxima

tasa de flujo? 9. Con esta tasa de flujo, cuantas boquillas de lavado (washed out) pueden tener si se registra una

cada de presin en superficie de 1650psi ? 8 OPTIMIZACIN DE LA HIDRULICA

38


8.1 Potencia Hidrulica de la Broca Es el poder usado por la accin de chorro de la broca, la cual tiene una ROP con balance mnimo y una accin de chorro (jetting) mxima con la limpieza efectiva del hueco. Unidades SI units Potencia hidrulica de la Broca o HP (KW) = Pb x Q x 0.01667 Donde, Q = tasa de flujo (m3/min)

Pb = Prdida de Presin en la broca (KPa) Imperial Potencia hidrulica de la Broca o HP (HP) = Pb x Q Q = gpm 1714 Pb = psi La Potencia Hidrulica Total del sistema se puede calcular sustituyendo la Prdida Total de Presin en el Sistema (reemplazando la Prdida de presin en la Broca) en la misma ecuacin. 8.2 Fuerza Hidrulica de Impacto (Hydraulic Impact Force) Es la fuerza ejercida en la formacin debido a la accin del fluido que sale por las boquillas. La limpieza es por erosin directa en el fondo del hueco y por el flujo que cruza bajo la broca. El impacto hidrulico excesivo es la principal causa del lavado o flushing de la formacin, donde las zonas permeables del frente de la broca puede ser lavadas de fluidos de formacin Unidades SI Fuerza de Impacto en la Broca (newtons) = Q Vn = densidad del lodo (kg/m3) 60 Q = tasa de flujo (m3/min)

Vn = velocidad en las boquillas (m/seg) Imperial Fuerza de Impacto en la Broca (lbs) = Q Vn = ppg 1932 Q = gpm

Vn = pies/seg

39


8.3 Optimizacin de la Hidrulica La hidrulica se puede optimizar de dos formas: 1) Optimizando la Fuerza de Impacto de las boquillas en el fondo del hueco 2) Optimizando la Potencia Hidrulica empleado por el broca. La potencia empleada por la broca es una porcin de la potencia total disponible (HPt). Se puede calcular a partir de la mxima presin de las bombas: Donde, max HPpump = HPt = Pmax Q 1714 max HPpump = Potencia mxima de las bombas O, mas tpicamente, se puede calcular bajo la base de una presin mxima de bomba junto con una mxima tasa de flujo, lo cual proporcionar la suficiente velocidad anular para la remocin de ripios. Una vez conocida la mxima potencia disponible, el desempeo hidrulico se puede optimizar de las siguientes formas:

1) Optimizar la Potencia (Horsepower) fijando la Potencia de la Broca a un 65% de la Potencia Total Disponible.

2) Optimizar La fuerza de Impacto fijando la Potencia de Broca a un 48% de la Potencia Total Disponible

La Fuerza de Impacto est relacionada directamente a la fuerza erosional del fluido de perforacin y por lo tanto, su optimizacin es til para la limpieza del fondo del hueco. La optimizacin de la Potencia Hidrulica, generalmente requiere velocidades anulares bajas para que el tipo de flujo tenga un comportamiento laminar. Ya que la potencia hidrulica en la broca depende de la velocidad en las boquillas y por lo tanto de la prdida de presin en la broca, el desempeo hidrulico, en la prctica, se puede optimizar simplemente seleccionando los tamaos de las boquillas Prdida de Presin en la Broca = 65% de la Prdida de Presin en el sistema

40


8.4 Manipulacin del Programa de Hidrulica en el QLOG Perfiles Actuales (Current Profiles (on hyd)) Es un programa de optimizacin que trabaja basado en informacin en tiempo real tales como eficiencia de las bombas (pump output), densidad del lodo y prdida de presin. Si el programa de optimizacin se ejecuta debido a un cambio en los parmetros, los valores pueden ser modificados. Se deben sugerir los valores mximos y mnimos de las velocidades en las boquillas. El programa se puede correr para proporcionar los parmetros requeridos para obtener hidrulica ptima basada en la Fuerza Hidrulica de Impacto y en la Potencia Hidrulica de la broca. Nuevos Perfiles (New Profiles (off hyd)) Este programa se puede ejecutar sin estar en lnea, de manera que usted puede entrar cualquier valor de perfiles del hueco y la tubera, parmetros del lodo, tasa de flujo y tamao de las boquillas, calculando los parmetros hidrulicos resultantes tales como prdida de presin, tipos de flujo, velocidades anulares, etc. Este programa se podra utilizar para predeterminar los parmetros correctos de una nueva seccin del hueco o corrida de broca. Cambiando los datos ingresados , usted puede optimizar la hidrulica.

41


Ejercicio 1b Optimizacin de la Hidrulica Use los perfiles y valores originales empleados en el ejercicio 1a 1. Cul es el % de Potencia Hidrulica de la broca? 2. Utilizando los siguientes rangos y limitaciones, intente optimizar la hidrulica conservando un

patrn de flujo laminar y buenas velocidades anulares para la remocin de ripios. Tasa de Flujo 1.8 a 2.2 m3/min Densidad del lodo 9.6 a 10.2 ppg Mxima Presin del sistema 2800 psi Tamao mnimo de boquillas 3 x 10mm

42


Ejercicio 1c Optimizacin de la Hidrulica Use los siguientes perfiles y valores de hueco y tubera: Revestimiento de 9 5/8 @ 2500m, ID 8.68 (220.4mm) Hueco de 8 1/2 (215.9mm) @ 4000m 500m x 6 1/2 DCs OD 6.5, ID 2.88 (165.1/73.1mm) 400m x HWDP OD 5.0, ID 3.0 (127/76.2mm) DP OD 5.0, ID 4.28 (127/108.7mm) Tasa de Flujo 1.4 m3/min Densidad del lodo 10.5ppg Factor de Conexin en superficie (Surface Conn Factor) 0.5 600 and 300 70/42 1. Qu boquillas se deben emplear para que el sistema produzca una presin de 2500 psi? Con estos parmetros, determine:

a) tipos de flujo en cada seccin anular b) Velocidades anulares en cada seccin

c) El porcentaje de Potencia hidrulica en la Broca ( % HP) 2. Con una tasa de flujo de 1.6m3/min, que boquillas se requieren para que el sistema genere una

presin de 2200psi ? Ahora, determine:

a) tipos de flujo b) Velocidades anulares

c) Porcentaje de Potencia Hidrulica en a broca (% HP) 3. Utilizando los siguientes rangos y limitaciones, intente optimizar la hidrulica conservando un

patrn de flujo laminar en cada seccin y buenas velocidades anulares. Tasa de flujo 1.3 a 1.6 m3/min Densidad del lodos 10.3 a 10.6 ppg Mxima presin del sistema 2850 psi

43


9. Densidad Equivalente de Circulacin (ECD) La presin ejercida en el fondo del hueco por la columna esttica de lodo, es conocida como Presin Hidrosttica PHID = x PVV x 0.052 donde, = densidad de lodo (ppg) PHID = psi PVV = Profundidad vertical verdadera (pies) PHID = x PVV x 0.433 donde, = SG PHID = psi PVV = pies PHID = x PVV x 0.00981 donde, = kg/m3 PHID = Kpa PVV = m Durante la circulacin, la presin ejercida por la columna dinmica de fluido en el fondo del hueco, se incrementa (y tambin, la presin equivalente en cualquier punto del anular) debido al aumento de las fuerzas friccionales y prdidas de presin en el anular ocasionadas por el movimiento del fluido. Se sabe que esta presin es extremadamente importante durante la perforacin, debido a que el balance de presin en el pozo est variando con respecto a la presin calculada para la densidad del lodo Presiones de Circulacin altas, resultaran de:

Sobrebalance (overbalance) alto en comparacin con la presin de formacin Riesgo alto de que ocurra lavado o flushing de la formacin Severa invasin a la formacin Alto riesgo de pega diferencial Sobre carga ejercida en los equipos de superficie

El incremento de la presin es denominada Presin Dinmica o Presin de Circulacin del Fondo (PCF o BHCP por sus siglas en ingls) PCF o BHCP = PHID + Pa donde, Pa es la suma de las prdidas de presin en el anular Debido a que la presin ejercida es una funcin de la densidad y la altura de la columna, el incremento de presin significa que, efectivamente, la densidad equivalente del lodo se incrementar cuando el fluido se est moviendo. A esto, se le ha denominado Densidad Equivalente de Circulacin. Algunos ejemplos para calcular la Densidad Equivalente de Circulacin o ECD se muestran a continuacin:

44


a. ECD = + Pa ECD = lpg EMW (Peso equivalente del lodo) (0.052xPVV) Pa = psi PVV = pies = lpg (libras por galn) Por lo tanto, la Presin de Circulacin en el Fondo PCF o BHCP puede ser expresada as:

ECD x 0.052 x PVV b. ECD = + Pa ECD = kg/m3 EMW (Equivalent MudWeight o Peso 0.00981xPVV Equivalente del lodo)

Pa = KPa TVD = m = kg/m3 Por lo tanto, PCF o BHCP, se puede expresar as:

ECD x 0.00981 x PVV

45


Ejercicio 1d Densidad Equivalente de Circulacin Para cada una de las siguientes situaciones, calcule la densidad del lodo a partir de la presin hidrosttica a una profundidad dada. 1. PVV 3500 pies Presin hidrosttica 1729psi 2. PVV 14000 pies Presin hidrosttica 8010psi 3. PVV 3000m Presin hidrosttica 32373Kpa 4. PVV 1500m Presin hidrosttica 15,156Kpa 5. PVV 4000m Presin hidrosttica 9555psi Para cada una de las siguientes situaciones, calcule:

a) Presin hidrosttica b) Presin de Circulacin del Fondo c) }Densidad Equivalente de Circulacin

6. PVV 4000 pies Densidad de lodo 9.5ppg Prdida de Presin en el anular 250psi 7. PVV 3000m Densidad de lodo 1150 kg/m3 Prdida de Presin en el anular 3000 Kpa

46


47

10 Presiones de Suabeo (Swab) y Surgencia (Surge) Similar al incremento de la Presin en el fondo cuando hay circulacin (ECD), los cambios de presin son vistos, como el resultado del movimiento inducido y de las presiones friccionales resultantes cuando estn corriendo(RIH) o sacando (POOH) la tubera del hueco. 10.1 Presiones de Surgencia Las presiones de surgencia ocurren cuando estn corriendo la tubera dentro del hueco. Esto causa un movimiento ascendente del lodo en el anular a medida que est siendo desplazado por la sarta (observado en superficie por la cantidad de lodo desplazado del sistema), dando como resultado una presin por friccin

Esta presin por friccin ocasiona un incremento, o surgencia, en la presin cuando estn corriendo la tubera hacia el hueco. El tamao del incremento de presin depende de un nmero de factores, incluyendo la longitud de la tubera, la velocidad de corrida de la tubera, el espacio del anular y si la tubera es abierta o cerrada. Adicional a la presin por friccin, que puede ser calculada, es razonable asumir que el movimiento rpido de la tubera hacia abajo originar una onda de choque que viajar a travs del lodo y ocasionar daos al pozo. Las presiones de surgencia, ciertamente, ocasionarn daos en la formacin, causando que el lodo invada formaciones permeables e inestabilidad del pozo.

Sin embargo, el peligro real de la presin de surgencia, es que si es muy alta, podra exceder la presin de fractura de formaciones blandas o inconsolidadas y ocasionar su fracturamiento. Esto conllevara a una prdida de circulacin en el rea (el lodo se pierde dentro de la formacin), conduciendo a una cada en el nivel del anular, reduciendo la presin hidrosttica en todo el pozo. Posteriormente, entonces, con presiones reducidas en el anular, una formacin permeable en otro punto del pozo, podra llega a fluir. Es decir, prdida de circulacin en un punto y un influjo en otro, llegndose a producir una etapa inicial de un reventn o blowout! Un concepto equivocado muy comn es, que si la sarta est dentro del revestimiento, entonces el pozo es seguro y no se producirn presiones de surgencia. Definitivamente este no es el caso!. Cualquiera que sea la profundidad de la broca durante la corrida, la presin de surgencia causada por el movimiento del lodo a esa profundidad, estar tambin actuando en el fondo del hueco. Por lo tanto, aun si la sarta est dentro del revestimiento, la presin de surgencia resultante, si es bastante alta, podra causar un fracturamiento de la formacin en la zona donde el hueco est abierto. Esto es extremadamente pertinente cuando la profundidad del hueco no est tan retirada del ltimo punto de revestimiento (last casing point)! El tiempo de corrida del revestimiento es particularmente vulnerable a las presiones de surgencia, debido al pequeo espacio del anular y al hecho de que el revestimiento es cerrado en su bajada. Por esta razn,


la corrida del revestimiento, es siempre, a velocidades lentas y los desplazamientos de lodos son monitoreados con muchsima cautela. 10.2 Presiones de Suabeo Las presiones de suabeo son el resultado de la friccin causada por el movimiento del lodo, debido al levantamiento de la tubera. Las prdidas de presin por friccin, debido al movimiento ascendente de la tubera, son el resultado de la disminucin de la presin hidrosttica del lodo. El resultado de movimiento del lodo se origina por dos procesos:

1. Al mover lentamente la tubera, se puede originar un movimiento

ascendente inicial del lodo cercano a la tubera. Debido a la viscosidad del lodo, tiende a adherirse (cling) a la tubera y ser arrastrado hacia arriba con el ascenso de la tubera

2. Lo mas importante, a medida que el levantamiento de la tubera

continua y especial muy rpido, se genera un espacio vaco inmediatamente debajo de la broca y, naturalmente, el lodo del anular caer para llenar este vaco.

Esta prdida de presin por friccin, causa una reduccin en la presin hidrosttica del lodo. Si la presin disminuye por debajo de la presin de poros, entonces, pueden ocurrir dos cosas: 1. Con formaciones impermeables tipo Shale, la situacin de sub balance ocasiona el fracturamiento de

la formacin y la cavernas en el hueco. Esto, genera que los derrumbes por pr

hydraulics v2-1 esp

Documents