conceptos+básicos+de+hidraulica
DESCRIPTION
hidraulica del pozoTRANSCRIPT
Hidráulica de Perforación
Hidráulica de Perforación
Hidráulica es el estudio de un fluido en movimiento.
Proveer el uso eficiente del sistema de circulación del Equipo de Perforación para proveer la máxima energía hidráulica, potencia o fuerza al fondo de pozo.
Disminuir el Costo Total de Perforación.
Presión (lb./sq. in.)
Una Fuerza o empuje se necesita para mover el fluido y vencer las resistencia al movimiento (inercia).
Esta fuerza o empuje es definido como presión medida en Libras por pulgada cuadrada. (psi)
La Presión es desarrollada por los pistones en la bomba empujando contra el fluido.
A mayor magnitud de la presión indica que hay mayor dificultad en empujar el fluido a través de un sistema de circulación.
Presion hidrostática
Aumenta con la profundidad y la densidad
Controla la presión de la formación a medida que se perfora
Cuando la presión hidrostática es alta, disminuye la ROP
Mecánica de fluidos
Presión hidráulica
Presión necesaria para que el fluido pase por la tubería.
En pozos petroleros, es la presión generada por la bomba de lodo para que el fluido fluya alrededor del sistema.
Caída de presión
Cantidad de presión necesaria para que el fluido alcance una distancia determinada.
La fricción, la gravedad y las propiedades del fluido son algunos de los factores responsables de la caída de
presión.
Mecánica de fluidos
Pérdida total de presión
La pérdida de presión en todo el sistema es la suma de:
Presión hidrostática
Presión hidráulica
Presión impuesta
Mecánica de fluidos
Sistema de Circulación
BombasStandpipe
Manguerote
Cuello de Ganso
VastagoKelly
Tubería de Perforación
Porta Mechas
Trepano
Anular
Tanques
Presas
Funciones del Fluido de Perforación
Llevar Recortes de Roca a la superficie Limpiar Recortes debajo del Trepano Lubricar y enfriar la sarta de perforación y del
Trepano Estabilizar las paredes del Pozo Controlar las presiones de la SubSuperficie
Resistencias al Movimiento del Fluido
Restricciones en el sistema Superficies Ásperas Longitud del Sistema Propiedades del Fluido Cantidad de Fluido Circulando (caudal)
MODELO HIDRÁULICO
Gran parte del modelo está determinado por la geometría de las secciones –diámetros internos externos, longitudes-.
La hidráulica consiste básicamente en calcular caídas de presión en cada sección
El fluído al pasar a través de un tubo o restricción sufre una caída de presión
Lodo con Presión Inicial
P1
Lodo con Presión Final
P2TP
L
D
Δ P
Principales Factores que afectan la Presión
1. Caudal 2. Área de Flujo 3. Longitud o Distancia 4. Propiedades del Fluido (Peso & Viscosidad)
1. Caudal es el volumen de fluido circulando en un determinado lapso de tiempo.
El caudal afecta la Presión en las Bombas
Longitud de Tubería = 300 MtsDiámetro de Tubería = 4½ pulgada
Caudal
400 GPM
800 GPM (2 veces)
Presión
67 PSI
244 PSI (casi 4 veces)
2. Area de Flujo
El Area de Flujo Afecta Presión de la Bomba
Caudal = 400 GPMLongitud de Tubería = 300 Mts
Diam Tubería
5 pulgada
4½ pulgada
Presión
38 PSI
67 PSI (76% mayor)
Area de Flujo
14.4 in2
11.5 in2
3. Longitud del Sistema o distancia que el fluído se mueve afecta la Presión.
La Distancia Afecta la Presión de la Bomba
Caudal = 400 GPMDiam Tubería = 4½ pulgada
Longitud de Tubería
300 Mts
600 Mts (2 veces)
Presión
67 PSI
134 PSI (2 veces)
4a. Peso del Fluido afecta la Presión.
Las Propiedades del Fluido Afectan la Presión de la Bomba
Peso del Lodo
Caudal = 400 GPMDiam Tubería = 4½ pulgada
Peso del Lodo
9 PPG
9.7 PPG
Presión
69 PSI
75 PSI (8% more)
4b.Viscosidad del Fluido – Resistencia a Fluir
Viscosidad Plástica
Caudal 400 GPM Longitud 300 Mts. Diam Tubería 4½” Peso del Lodo 10 PPG PV = 15 CP. Presión = 125 PSI PV = 50 CP. Presión = 148 PSI
Modelo Hidráulico de Perforación
LODO
Equ
ipo
de p
erfo
raci
ón
Sar
ta d
e P
erfo
raci
ón
(MF
+D
C+
DP
+H
W+
MW
D)
Tre
pano
s (
boqu
illas
)
Esp
acio
Anu
lar
Δ PEQUI. Δ PSP Δ PTNO Δ PANN
LODO
Presión Superficie (Standpipe)
La Presión Total requerida para empujar el fluido a través del sistema
RESUMIENDOIncremento de Presión de la Bomba
Incremento del Caudal Reducción del Area de Flujo Incremento de longitud o distancia Mayores Peso de Lodo Mayores Viscosidades
Variables Perdidas del sistema
Potencia en el Trepano
Decremento del Caudal
Disminuye Disminuye
Incremento del Area de Flujo
Disminuye Aumenta
Incremento de Longitud
Aumenta Disminuye
Decremento del Peso del Lodo
Disminuye Aumenta
Decremento de la Viscosidad
Disminuye Aumenta
RESUMIENDO
Maximizar potencia o impacto en el Trepano
Ajustar Principales Factores de tal manera que la Máxima Presión permitida en superficie no sea excedida.
Entre estos limites nosotros haremos los ajustes para entregar la máxima potencia o impacto al fondo de pozo.
Teorías en la Limpieza del Fondo del Pozo
JIF: Máxima Fuerza de Impacto de las Boquillas
HSI: Máxima Potencia Hidráulica del Trepano (caballaje)
Fuerza de Impacto de las Boquillas (JIF)
BombasStandpipe
Kelly Hose
Trepano
Fuerza Máxima
Sistema
Fuerza de Impacto de las Boquillas (JIF)
1342 psi - 48%
Bombas
Standpipe
Trepano
2800
Sistema
1456 psi - 52%
Potencia (caballaje) Hidraulica (HSI)
BombasStandpipe
Kelly Hose
Trepano
Maximapotencia
Sistema
Potencia (caballaje) Hidraulica (HSI)
1820 psi - 65%
Bombas
Standpipe
Trepano
2800
Sistema
980 psi - 35%
¿Cuál Teoría debería ser usada?¿Cuál Teoría debería ser usada?
¿Fuerza de Impacto?
¿Potencia (caballaje) Hidráulica?
Somero / Diámetro de Pozo Grande
Profundo / Diámetro de Pozo Menores
¿Cuál usar?
Potencia Hidráulica (HSI)14% Velocidad de salida de Jet más alta35% Presión más alta
Fuerza de Impacto de Boquillas (JIF)
20% mas Caudal
Hidráulica Anular
Tipos de Flujo y Remoción de Recortes
Flujo Laminar
Número de Reynolds < 2000(para agua)
Flujo Laminar
Flujo Turbulento
Número de Reynolds > 4000(para agua)
Flujo Turbulento
VelocidadVMax
Radiorr 0
Velocidad Crítica
Flujo Laminar
Flujo Turbulento
AREA ANULAREs el espacio entre la Tubería de Perforación & la pared del pozo
Tubería de menor diámetropermite un espacio anularmás grande.
Tubería de mayor diámetrodeja un espacio anular máspequeño.
La velocidad de fluidoSubiendo por el anularmedido en PPM (FPM)
AV es menor alrededor de latubería donde el anular es mayor
AV es más alta alrededor de losDC o juntas donde el anulares más pequeño
Velocidad Anular (AV)
Transporte de Recortes
Velocidad de Caida
Velocidad de Transporte de Recortes
Eficiencia de Transporte
Concentración de Recortes
EfectoCentrifugo
Efecto deTorque
Rotando
NoRotando
GradienteVelocidad
Velocidad De Caida
Velocidad de Caida
Velocidad Anular
Velocidad de Transporte
Velocidad Anular
Velocidad de Transporte
de Recortes
Velocidad de Caida
Eficiencia de Transporte
Velocidad Caida
Velocidad Anular
Velocidad de Transporte de
Recortes
Et =VtVa
%
Concentración de Recortes
Factores que afectan la Concentración de Recortes
ROP
Diametro de Pozo
Eficiencia de Transporte
Caudal
Densidad equivalente de circulación (ECD)
En condiciones estáticas, el fluido ejerce presión en el fondo del pozo debido a la gravedad.
A medida que el fluido comienza a moverse en el espacio anular, debe contrarrestar la gravedad, las fuerzas de fricción y la resistencia interna.
La suma de todos estos factores se mide por la pérdida total de presión en el anular.
Cuando se lo expresa como peso de lodo, se lo conoce como Densidad Equivalente de Circulación (ECD)
Densidad Equivalente de Circulación
Densidad Equivalente de Circulación Densidad Equivalente de Circulación es el peso del fluído
en el pozo más el peso incremental equivalente a la Presión requerida para mover el fluído a través del anular.
Por ejemplo, lodo de 10 ppg a 10,000 Pies con caída de Presión anular de 500 psi
– .052 X 10 ppg X 10,000 ft = 5200 psi = Presión de fluido estática
– ECD = (5200 psi + 500 psi) / (.052 X 10,000) = 10.96 ppg
La caída de presión en el interior de la herramienta no afecta
la ECD.
La ECD no debe exceder la integridad del pozo: LOT (test de
formación), presión de fractura.
Una ECD alta puede ocasionar pérdida de lodo.
Una ECD alta reduce la tasa de penetración.
La concentración de recortes en el anular aumenta la ECD.
Densidad Equivalente de Circulación
Densidad Equivalente de Circulación
más recortes El peso del fluído en el pozo más el peso incremental
equivalente a la Presión requerida para mover el fluído a través del anular.
+ El efecto generado por el peso de los recortes.
ECD - Densidad Equivalente A todas las Presiones actuando en las paredes del hueco abierto.
Pérdida de Presiónen Anular
Presión Hidrostática
Peso de los Recortes
Densidad Equivalente de Circulación
más recortes
Velocidad requerida para Remover Recortes
Antecedentes Limpieza del Pozo
– Tasa de Penetración esperada
– Capacidad de Acarreo de recortes del fluido
– Ángulo del Pozo
– Propiedades de la Formación perforada
Buen Programa Hidráulico
Usa el equipo eficiente No excede los limites especificados Asiste en los objetivos de Perforación Provee un pozo en buenas condiciones Considera diferencias en aplicaciones
Un Sistema Óptimo Hidráulico provee
Máxima Potencia o Fuerza Hidráulica en el Trepano
Hidráulica Anular adecuada Reducir los Costos Generales de
Perforación
Ejemplo
Lodo: 9 PPG
Profundidad: 1400 Mts
TFA: 5x15/32”
TFA: 5x14/32”
TFA: 5x13/32”
Ejemplo
Lodo: 9.6 PPG
Profundidad: 2300 Mts
TFA: 5x15/32”
TFA: 5x14/32”
TFA: 5x13/32”