Hidraulica

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SECCION 6

HIDRÁULICA Y LIMPIEZA DEL POZO

Contenido

1.0 Introducción

2.0 Consideraciones para la planificación de hidráulica

2.1 Haciendo máxima la ROP (Velocidad de Perforación)

2.2 Limpieza de Pozo

2.3 Presión por Fricción en el Espacio Anular

2.4 Erosión

2.5 Pérdida de Circulación

3.0 Factores que Afectan la Hidráulica

3.1 Componentes del Equipo de Perforación

3.2 Sarta de Perforación y Herramientas de Fondo

3.3 Geometría del Pozo

3.4 Tipos de Lodo y sus Propiedades

4.0 Reglas Empíricas Generales

4.1 Tasa de Flujo o Gasto (caudal)

4.2 Potencia Hidráulica

4.3 Caída de Presión a través de la Barrena

4.4 Velocidad de los Chorros

5.0 Cálculos de Hidráulica

5.1 Selección de la Presión de Bombeo y la tasa de Flujo (caudal o gasto)

5.2 Estimación del Numero de Reynolds y Determinación del Régimen de

5.3 Pérdidas de Presión del Sistema

5.4 Optimización de la Hidráulica en la Barrena

6.0 Hidráulica en el Anular y Limpieza de Pozos

6.1 Factores Generales que Afectan la Limpieza de Pozos

6.2 Velocidad de Caída de los Recortes

6.3 Velocidad de Transporte de los Recortes

6.4 Eficiencia de Transporte de los Recortes

6.5 Concentración de Recortes

6.6 Densidad Equivalente de Circulación (ECD)

6.7 Densidad Equivalente de Circulación (ECD) con Recortes

7.0 Directrices para Limpieza del Pozo

7.1 Directrices para Pozos Verticales

7.2 Directrices para Pozos Desviados y de Alcance Extendido

7.3 Indicadores de una Limpieza Pobre Pozo

7.4 Efectos del Tipo de Lodo sobre la Eficiencia de Limpieza de Pozos

7.5 Componentes que pueden Ayudar en la Limpieza de Pozos

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ANEXO 1

Tabla de Área Total de Flujo a través de las toberas (TFA)

ANEXO 2

Modelos Reológicos

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1.0 INTRODUCCION

La planificación de la hidráulica es parte del proceso general de optimización de la perforación.

Esto incluye un balance calculado de los distintos componentes de sistema de circulación para

hacer máxima la ROP y mantener limpios la barrena y el agujero mientras se esta dentro de las

fuerzas del pozo, la superficie y el equipo de fondo.

2.0 CONSIDERACIONES PARA LA PLANIFICACION DE HIDRAULICOS

2.1 Haciendo Máxima la ROP (Velocidad de Perforación)

La remoción de los recortes del fondo del agujero esta relacionada con la energía del fluido

disipada en la barrena (potencia hidráulica consumida en la barrena). Se ha demostrado que la

potencia hidráulica en la barrena está optimizada cuando la presión diferencial (caída de presión) a

través de la barrena, es igual a dos tercios de la presión total en el sistema (presión de bombeo).

El proceso de hacer máximo el sistema de potencia hidráulica, puede ser utilizado para

incrementar la velocidad de perforación en formaciones medias y duras.

2.2 Limpieza del Pozo

En formaciones blandas o en pozos desviados, la limpieza del fondo del pozo es muchas veces el

factor predominante. Hay poco sentido en la maximización del ROP por medio de la selección de

toberas que optimicen la potencia hidráulica o la fuerza de impacto, si la tasa de flujo (gasto)

resultante es insuficiente para levantar los recortes fuera del agujero. En estas circunstancias es

preferible determinar primero una tasa de flujo adecuada y después optimizar la hidráulica.

2.3 Pérdidas de Presión por Fricción en el Espacio Anular

Dentro de un agujero estrecho o pozos profundos la caída de presión por fricción en el espacio

anular, necesita ser considerada. Si es demasiado alta, la caída de presión por fricción en el

espacio anular incrementará la Densidad Equivalente de Circulación (ECD) y puede llevar a

pérdida de circulación, atrapamiento diferencial o inestabilidad del agujero.

2.4 Erosión

Las formaciones blandas y no-consolidadas son propensas a la erosión, si la velocidad en el

espacio anular y por lo tanto la tasa de flujo (gasto) son demasiado altas o si el espacio anular es

demasiado pequeño se tiene la posibilidad de flujo turbulento. En estas instancias, se requerirá

una reducción en el gasto de flujo para minimizar la erosión.

2.5 Pérdida de Circulación

En caso de que se anticipe una gran perdida de circulación y grandes cantidades de LMC podrían

ser bombeadas, tal vez sea necesario instalar toberas más grandes en la barrena para así

minimizar el riesgo de taponar la barrena.

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3.0 FACTORES QUE AFECTAN LA HIDRÁULICA

Los equipos instalados en la unidad de perforación, la sarta de perforación, y las herramientas de

fondo, la geometría del pozo, el tipo de lodo y sus propiedades, son todos factores que pueden

afectar la hidráulica.

3.1 Equipos Instalados

El mayor factor del equipo instalado es la limitación de la presión de bombeo y el rendimiento en

volumen de las bombas de lodo en uso. Incrementando el tamaño de las camisas en la bomba, se

incrementará el rendimiento en volumen, pero se disminuirá la máxima presión de bombeo

permitida. La mayoría de las líneas de alta presión que van desde las bombas de lodo hasta el

“Kelly”/”Top Drive” son diseñadas para presiones de trabajo más altas que las de la bomba.

3.2 Sarta de Perforación y Herramientas de Fondo

El efecto principal de la sarta de perforación es la caída de presión por fricción o pérdidas de

presión parásita, que ocurre dentro de la tubería de perforación y los lastra barrena.

Para una tasa de flujo y una profundidad dadas, una sarta de perforación, con un ID más pequeño,

tendrá perdidas de presión parásitas, más altas. Por lo tanto, uno de los beneficios de utilizar

tubería de 5 ½” OD en vez de una de 5” OD, es que para el mismo gasto de flujo existe más

presión disponible en la barrena para optimizar el tamaño de las toberas o que para la misma

pérdida de presión parásita en la sarta de perforación, habrá más gasto de flujo disponible.

La adición de herramientas de fondo puede tener un efecto en la caída de presión disponible o

permisible a través de la barrena.

Las herramientas MWD de pulso negativo, requieren un aproximado de caída de presión de 800

psi por debajo de ellas para la transmisión adecuada de datos en tiempo real.

La mayoría de los estabilizadores ajustables requieren de 450 a 800 psi de caída de presión por

debajo de la herramienta, estando la barrena arriba del fondo, para su operación o activación.

Los motores navegables con barrenas PDC tienen una caída total de presión de 1,200 a 1,500 psi.

Esta caída de presión esta compuesta por:

· Presión diferencial de 200 psi con la barrena sin tocar el fondo

· Caída de presión de perforación de 600 a 800 psi para motores de alta torsión y baja

velocidad.

· Caída de presión de perforación de1,000 a 2,000 psi, para motores de alta velocidad.

· Caída de presión para evitar parada del motor, 400-500psi.

Los motores navegables con barrenas de tres conos, tienen una caída total de presión de 400 a

600 psi, debido a la torsión reactiva más baja de las barrenas tricónicas, comparadas con las PDC.

Esta caída de presión esta compuesta por:

· Presión diferencial de 200 psi con la barrena sin tocar el fondo

· Caída de presión de perforación de 200 a 400 psi para motores de alta torsión y baja

velocidad.

· No caída de presión por parada debido a la torsión reactiva más baja.

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3.3 Geometría del Pozo

Mientras más profundo sea el agujero, más alta será la pérdida de presión parásita dentro de la

sarta de perforación y menor será la presión disponible para ser consumida en la barrena y

optimizar el tamaño de las toberas.

Mientras más grande sea el diámetro del agujero, más baja será la velocidad en el espacio anular

para un gasto o tasa de flujo dado y más difícil será la remoción efectiva de recortes del agujero.

Al contrario, y mientras más pequeño sea el diámetro del agujero, más alta será la presión por

fricción dentro del espacio anular y más grande será el efecto sobre la ECD.

3.4 Tipo de Lodo y sus Propiedades

La densidad y reología del lodo afectan directamente las pérdidas de presión junto con el sistema

de circulación. La reología del lodo y los diferentes modelos disponibles, serán discutidos más

adelante:

4.0 REGLAS EMPÍRICAS GENERALES

4.1 Gasto de Flujo o Gasto Caudal

· El gasto o tasa de flujo deberá ser mantenido a 30-60 GPM por pulgada de diámetro de

barrena.

· No se debe reducir el gasto de flujo (caudal) para lograr mayor potencia.

· Una tasa de flujo demasiado baja causará el embotamiento de la barrena y reducirá la

limpieza efectiva de pozo.

4.2 Potencia Hidráulica

Mantenga

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