Hidraulica De Perforacion

Introducción a la Hidráulica de Perforación

La Hidráulica de perforación influye directamente en el desarrollo de las operaciones y en este artículo presentaremos los principios básicos de la Hidráulica de Perforación.

SISTEMA DE CIRCULACIÓN DEL TALADRO

Generalmente, el sistema de circulación del Taladro esta compuesto por las Bombas de Lodo las cuales proporcionan el Fluido de perforación desde los tanques hasta los manguerotes y líneas de circulación, de donde llegará al fondo del pozo a través de la tubería. El Lodo se traslada a través de la mecha hacia el espacio anular. regresando finalmente a superficie por los Equipos de control de sólidos a los Tanques, como lo muestra el siguiente diagrama:

PERDIDAS DE PRESIÓN POR FRICCIÓN

La caída de presión por fricción es una pérdida de presión creada cuando el lodo de perforación pasa a través de una trayectoria de flujo. La caída de presión por fricción afecta a la presión de Bomba debido a que a mayor perdida friccional de presión, mayor presión de bomba se requiere para mantener la tasa de bombeo .

Los parámetros que afectan la Pérdida de Presión por Fricción son los que se presentan a continuación:

• Diámetro Interno de la Tubería de Perforación (DP), Portamechas (DC) y Tubería Pesada (HWDP).

• Herramientas de Fondo, como Motor de Fondo, RSS (Sistema de Navegación Rotatoria), Herramientas MWD/LWD, entre otros.

• Longitud de la Tubería de Perforación (DP), Portamechas (DC) y Tubería Pesada (HWDP).

• Propiedades del Fluido de Perforación – Peso del Lodo, Propiedades reologicas (Viscosidad Plástica / Punto Cedente)

• Diámetro del Hoyo

• Longitud del Pozo

• Diámetro Interno del revestidor anterior. ¡

• Area de Flujo en la Mecha (TFA)

• Tasa de Flujo (Galonaje)

Para entender mayor esto, el diagrama siguiente muestra las pérdidas de presión por fricción durante una operación de Perforación-

VENTAJAS DE LA HIDRÁULICA DE PERFORACIÓN

• Optimiza el desarrollo de la perforación, sobre todo en la ROP.

• Mejora la Limpieza del Hoyo

• Busca estabilizar el hoyo

• Refrescar y lubricar la mecha de perforación

• Transmitir información desde el fondo telemétricamente a través de las Herramientas (MWD/LWD)

• Proveer de presión adicional a la Presión Hidrostática, es decir, la llamada densidad Equivalente de Circulación (ECD)

HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN: La hidráulica en la perforación de pozos se refiere a la interrelación de los efectos de viscosidad, tasa de flujo y presión de circulación sobre el comportamiento eficiente del fluido de perforación. La determinación de la presión mientras se circula un fluido en un pozo, a una tasa dada, es muy compleja debido a que la mayoría de los fluidos utilizados para perforar son no newtonianos, lo que hace que el tratamiento matemático del problema sea muy difícil de formular.

A pesar de ello los cálculos de las presiones en el sistema de circulación son importantes y esenciales para determinar los requerimientos operacionales de la bomba, la tasa de flujo óptima y los diámetros óptimos de los orificios de la mecha que generan una tasa de perforación máxima. La Reología e hidráulica de fluidos son términos de ingeniería que describen el comportamiento de fluidos en movimiento.

HERRAMIENTAS BÁSICAS:

1. Sistema de circulación

2. Bombas de perforación

3. Reologia.

4. Fluidos de perforación.

5. Regímenes de flujo.

6. Modelos reológicos.

7. Pérdidas de presión en el sistema de circulación.

1. SISTEMA DE CIRCULACIÓN: En la perforación de los pozos por el método rotatorio se circula un fluido a través de un sistema que se conoce con el nombre de sistema de circulación, donde dicho sistema, tiene que diseñarse para remover los recortes con eficiencia y también para enfriar la cara de la barrena. Estos requerimientos pueden satisfacerse al aument

ar el caudal o gasto de la bomba, sin embargo, el incremento en la velocidad de bombeo del fluido (gasto) puede causar una erosión excesiva de la cara y una falla prematura de la barrena. Este sistema de circulación está Constituido por las siguientes partes:

2. BOMBAS DE PERFORACIÓN: Las bombas se utilizan para transmitir al fluido la energía necesaria para vencer las pérdidas de presión por fricción en cada parte del sistema. Las bombas para perforar son de pistón0, que pueden ser dobles o triples. Además las bombas se identifican por su capacidad y características de operación tales como:

- Presión máxima de operación, lpc.

- Potencia máxima permisible, Hp.

- Longitud de la embolada, pulg.

- Diámetro de vástago, pulg.

- Emboladas máximas y mínimas recomendadas por unidad de tiempo, Epm.

3. REOLOGIA: Es la ciencia que estudia el comportamiento de flujo de un fluido cuando circula a través de una tubería u otro conducto. Esta se realiza estableciendo la relación existente en el esfuerzo de corte y la tasa o velocidad de corte. Estas son propiedades físicas abstractas que están relacionados con los procesos de deformación de un fluido al estar en movimiento.

4. FLUIDOS DE PERFORACIÓN: a continuación se presentan los distintos comportamientos de cada uno de los fluidos.

5. REGIMENES DE FLUJO: son patrones de comportamiento de las características del movimiento de un fluido a través de una tubería o un anular. Considerando el número

adimensional de reynodls el régimen de flujo se clasifica de la siguiente forma:

- Flujo tapón o de transición: NR [pic] 100.

- Flujo laminar: 100 [pic] NR [pic] 2100.

- Flujo turbulento: NR [pic] 2100.

El flujo laminar: este tiene lugar entre bajas y moderadas velocidades de corte en que las capas de fluido pasan unas junto a otras en forma ordenada. Este movimiento es paralelo a las paredes del cauce a través del cual se mueve el fluido. La fricción entre el fluido y las paredes del canal es menor en este tipo de flujo. Los parámetros reológicos del lodo son importantes para el cálculo de las pérdidas de presión por fricción en lodos de flujo laminar.

El flujo turbulento: este se produce a altos índices de cizallamiento, cuando el fluido se mueve en forma caótica. En flujo turbulento las partículas son arrastradas por giros al azar y remolinos de corriente. La fricción entre el fluido y las paredes del canal es mayor para este tipo de flujo. Los parámetros reológicos no son de gran significación en el cálculo de las pérdidas de presión friccional para lodos en flujo turbulento.

Tiene lugar flujo transicional: cuando el flujo cambia de flujo laminar a flujo turbulento o viceversa. La velocidad crítica de un fluido es la velocidad particular a la cual el flujo cambia de laminar a turbulento o viceversa.

Características de cada patrón de flujo:

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6. MODELOS REOLOGICOS: Un modelo reológico es una descripción de la relación entre el esfue

zo de corte y la velocidad de corte. La ley de viscosidad de Newton es el modelo reológico que describe el comportamiento de flujo de los fluidos newtonianos. También se llama modelo newtoniano. Sin embargo, como la mayoría de los fluidos de perforación son fluidos no newtonianos, este modelo no describe su comportamiento de flujo. En realidad, como no existe ningún modelo reológico específico que pueda describir con precisión las características de flujo de todos los fluidos de perforación, numerosos modelos han sido desarrollados para describir el comportamiento de flujo de los fluidos no newtonianos.

Además los modelos reologicos son aproximaciones matemáticas del comportamiento real de un fluido en régimen de flujo laminar. Un buen modelo reologico debe cumplir los siguientes requisitos:

- Aproximarse estrechamente a la relación verdadera entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte.

- Basarse en mediciones que puedan realizarse en el campo en forma rutinaria.

- Ser suficientemente simple, de modo que los cálculos y las inferencias que se basen ele el puedan aplicarse en el campo.

Así como también ayudan a predecir el comportamiento de los fluidos sobre una amplia escala de velocidades de corte. La mayoría de los fluidos de perforación son fluidos seudoplásticos no newtonianos. Los más importantes modelos reológicos aplicables a ellos son:

1. Modelo de Bingham

2. Modelo de la ley de la potencia

3. Modelo de Herschel-Bulkley (punto cedente-ley de la potencia [MHB])

A continuación se proporciona una descripción de los modelos de Flujo Plástico de Bingham, de Ley Exponencial y de Ley Exponencial Modificada. El uso de estos modelos requiere medidas del esfuerzo de corte a dos o más velocidades de corte. A partir de estas medidas, se puede calcular el esfuerzo de corte a cualquier otra velocidad de corte.

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Figura 9-1: Comparación de los comportamientos del fluido. Este gráfico muestra que los modelos de fluido de Bingham, ley de la potencia y newtoniano no predicen el mismo comportamiento que un fluido de perforación típico.

Cada pozo es único, por lo tanto es importante que estas

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