´Fluidos e Hidráulica
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IPM 1
FLUIDOS E HIDRÁULICADE LA PERFORACIÓN
Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores
´Fluidos e Hidráulica
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IPM 2
Reología
• Reo = Flujo• Logos = Estudio• La Reología es el estudio del flujo de fluidos.
´Fluidos e Hidráulica
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IPM 3
Razones para estudiar la Reología
• Se requiere la Reología para predecir:
• Qué tan bueno es el transporte los recortes afuera del pozo• Qué tan buena es la limpieza de los ripios en la cara de la
barrena. • Cuáles son las pérdidas de presión en el sistema. • Cómo se comporta el sistema de fluido con los regímenes de
flujo que se emplean en el pozo. • En otras palabras se necesita entender la hidráulica de los
fluidos de perforación.
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IPM 4
ReologíaReología• Caracterización de los Fluidos
Reología
AF v + dv
v
-La fuerza de resistencia o arrastre es el esfuerzo de cortante-La diferencia en las velocidades dividido entre la distancia se llama la velocidad de cizallamiento.
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IPM 5
ReologíaReologíaEl esfuerzo cortante y la velocidad de cizallamiento:
• Esfuerzo Cortante : Unidad : Lbf / 100 ft 2
Fuerza que causa el corte
área superficial de la lámina
• Velocidad de cizallamiento: Unidad : 1 / seg (segundo recíproco)
Diferencia de velocidad entre 2 láminasDistancia entre 2 láminas
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IPM 6
2
2
22
48.30
sec980454
*100100
1
=
ftcm
cmlbfg
ftlbf
ftlbf
En Unidades del sistema internacional de medidas, S.I.:
22
2
2 79.4sec*
79.4100
1cm
Dynecm
cmgm
ftlbf
==
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IPM 7
Viscosidad
• La viscosidad es la resistencia de un fluido a fluir y se define como la Razón del Esfuerzo cortante a la velocidad de cizallamiento.
Poisecm
dyne=>
•= 2
secγτ
µ
• La unidad “Poise” es algo grande, por lo que se prefiere expresar la viscosidad en “Centipoise” que es 1/100 de 1 Poise.
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IPM 8
Fluidos NewtonianosLos fluidos Newtonianos son aquellos en los cuales la viscosidad permanece constante para todas las velocidades de cizallamiento siempre y cuando la temperatura y la presión permanezcan constantes. Ejemplos de Fluidos Newtonianos son: el agua, la glicerina y el aceite ligero.
El esfuerzo cortante es directamente proporcional a la velocidad de cizallamiento:
γτ
µ =EsfuerzoCortante
Velocidad de Cizallamiento
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IPM 9
Fluidos No Newtonianos•Los fluidos no newtonianos no muestran una proporcionalidad directa entre el esfuerzo de cortante y la velocidad de cizallamiento. La mayoría de los fluidos de perforación son no newtonianos.•La gráfica que se muestra es un ejemplo un fluido no Newtoniano.• La viscosidad de un fluido no Newtoniano se conoce como la viscosidad efectiva y para obtener su valor se debe especificar una velocidad de cizallamiento específica.
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IPM 10
Modelo Plástico de BinghamSe han desarrollado varios modelos matemáticos para simular la reología de los fluidos de perforación. El que se usa más ampliamente en el campo es el Modelo Plástico de Bingham.Este modelo supone un comportamiento lineal de la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de cizallamiento, pero la línea no cruza el origen como sucede con los fluidos Newtonianos.
Esfuerzo Cortante
Velocidad de Cizallamiento
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IPM 11
Modelo Plástico de BinghamLa ecuación del modelo plástico de Bingham está dada por:
Esfuerzo Cortante
Velocidad de Cizallamiento
yp τγµτ +=La intercepción con el eje “y” se conoce como el Punto de Cedenciay es el esfuerzo que se requiere para hacer que el fluido se ponga en movimiento. La pendiente de la curva se conoce como la Viscosidad Plástica.
yτ
Pendiente = PV
Intercepción = YPPunto de Cedencia
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IPM 12
Modelo Plástico de BinghamViscosidad Plástica, PV:Los lodos de perforación normalmente están compuestos por una fase líquida continua en la cual están dispersos los materiales sólidos. La Viscosidad Plástica es la resistencia al flujo relacionada con la fricción mecánica que es causada por:
•La concentración de sólidos.•El tamaño y forma de los sólidos.•La viscosidad de la fase líquida.
En el campo la PV se considera como una guía para el control de sólidos. Se incrementa conforme el porcentaje volumétrico de sólidos se incrementa o si el porcentaje volumétrico permanece constante pero el tamaño de partículas disminuye.
Por lo tanto, la PV se puede reducir al reducir la concentración de sólidos o disminuyendo el área superficial.
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IPM 13
Modelo Plástico de BinghamPunto de Cedencia, YP - El punto de cedencia es la resistencia inicial al flujo debida a las fuerzas electroquímicas entre las partículas. Estas fuerzas son causadas por las cargas localizadas en la superficie de las partículas dispersas en la fase fluida. El punto de cedencia depende de:
•Las propiedades superficiales de los sólidos en el lodo.•La concentración volumétrica de los sólidos.•El ambiente iónico del líquido que rodea a los sólidos.
El YP se puede controlar por medio de un tratamiento químico adecuado. •Las cargas positivas en las partículas se pueden neutralizar por la adsorción de grandes iones negativos. Estos pueden ser aportados por productos químicos como: taninos, lignitos, lignosulfonatos, etc. •En caso de contaminación de iones como calcio o magnesio, estos se pueden remover como precipitados insolubles. •La dilución con agua también puede reducir el YP. Sin embargo, si la concentración de sólidos es demasiado elevada no va a ser efectiva.
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IPM 14
Medición de la Reología
Las propiedades reológicas de los fluidos de perforción se determinan en equipos como el mostrado aquí, llamado Reómetro o Viscosímetro Rotacional
láminas paralelas infinitas
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IPM 15
Reometro (Viscosímetro Rotacional)
•Esfuerzo de Cortante = f (Lectura observada)•Velocidad de cizallamiento = f (RPM de la cubierta)•Esfuerzo de Cortante = f (Velocidad de Cizallamiento)
)(f γτ =CILINDRO
Cubierta
fluido
(GAMMA), la velocidad de cizallamientode
(TAU), el esfuerzo cortante, depende del valorγ
τ
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IPM 16
Viscosímetro Rotacional• La plomada y el cilindro están dispuestos de tal forma que
cuando las RPM vistas en la escala, al ser multiplicadas por una constante (1.7) tienen unidades de segundos recíprocos.
• La lectura observada x 1.0678 = (lb/100ft2) ö multiplicado por 5.11 ( 1.0678 x 4.79 ) lo convierte a dinas/cm2
PoiseSeccm
DinasTiene unidades deLectura x
⇒− 12 xRPM de la Camisa x 1.7
1.0678 x 4.79
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IPM 17
RPM seg-1
3 5.116 10.22
100 170200 340300 511600 1022
RPM x 1.703 = seg-1
Reómetro – Caso base
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IPM 18
Velocidades de Cizallamiento típicas en un Pozo
Loclización Velocidad de Cizallamiento (sec-1)
Tub. de Perf. 100-500Lastra barrena 700-3000Toberas de la barrena 10,000 – 100,000Eapacio Anular 10 - 500Presas de Lodo 1 - 5
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IPM 19
De Regreso al Modelo Plástico de Bingham
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IPM 20
PV =Pendiente, YP = Intersección
cpUnidadesPVPendiente
xx
xxPendiente
sCentipoiseenPoisedeunidadestendráesta
xPendiente
=−==
−=
−−=
∴
−−=
300600
1003300
300600
1007.111.5
300600300600
7.111.5
300600300600
φφ
φφ
φφ
φφ
PENDIENTE INTERSEPTO
2100
3000
0300
1007.111.5
03000300
pielbf
Unidades
PVYpYp
PV
xxPendiente
=
−=∴=
−=−−
=
φφ
φφ
φφ
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IPM 21
Limitaciones del Modelo Plástico de BinghamLos fluidos de perforación típicos tienen valores más bajos a velocidades de cizallamiento bajas. Por lo tanto, el modelo plástico de Bingham no funciona para predecir la reología del lodo en el espacio anular por ejemplo.
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IPM 22
Otros Parámetros que se Miden con el Viscosímetro Fann VG
LSRYP: Low Shear Rate YP
Punto de cedencia a baja velocidad de cizallamiento – Medida de la viscosidad del lodo a baja velocidad de cizallamiento. Mide la capacidad del lodo para transportar recortes en el espacio anular. Mientras más grandes sean los recortes más elevado será el valor LSRYP requerido. Se calcula con la expresión:
6)23( φφ −= xLSRYP
Como una regla práctica el LSRYP debe estar cerca al diámetro del pozo en pulgadas.
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IPM 23
Fuerza de Gel – Fuerzas de Gel de 10 seg y 10 minutos indican las fuerzas de atracción desarrolladas en el fluido cuando se encuentra bajo condiciones estáticas durante dichos intervalos de tiempo. Los valores excesivos son una indicación de que hay una alta concentración de sólidos. La gráfica muestra los tipos de fuerza de gel.
Otros Parámetros que se Miden con el Viscosímetro Fann VG
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IPM 24
Viscosidad Efectiva = N
Ne
φµ
300=
Viscosidad aparente = 2600
600
600300 φφµ ==a
Se usa para encontrar la viscosidad real a unas RPM dadas.
Es un indicador de que individualmente o en forma simultáneael YP y la PV están incrementando
Otros Parámetros que se Miden con el Viscosímetro Fann VG
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IPM 25
Ejemplo de cálculo
• Dadas las lecturas del Viscosímetro Fann V – G de:64 @ 600 RPM40 @ 300 RPM
Calcular la PV, el YP y la Viscosidad Aparente a 600 y la viscosidad efectiva a 300 RPM
PV = 600 - 300 = 64 – 40 = 24
YP = 300 – PV = 40 – 24 = 16
Visc. Ap.@ 600 = 300 x lectura@ 600/rpm= 300x64/600 = 32
Visc. Efect.@ 300 = 300 x lectura@300/300 = 40
φ φφ
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IPM 26
Otros Modelos de ReologíaOtros Modelos de Reología
Newtoniano
Modelo de la Ley de Potencia
Modelo de la Ley de Potencia – Se utiliza para simular el comportamiento de fluidos de perforación basados en polímeros que no tienen un esfuerzo de cedencia. (por ejemplo las salmueras transparentes viscosificadas). La ecuación general para este modelo es: nKγτ =K es el índice de consistencia, “n” es el índice de comportamiento de flujo. 0 < n < 1.0 Tanto K como n son particulares para cada fluido.
velocidad de cizallamiento
Esf
uerz
o C
orta
nte
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IPM 27
nKγτ =“n” se puede obtener de :
300600
log32.3φφ
=n
y sus unidades son adimensionales.
“K” se puede obtener de : nK511
300*511 φ=
y sus unidades están en centipoise.
Otros Modelos de ReologíaOtros Modelos de Reología
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IPM 28
Modelo de la Ley de Potencia Modificado = Modelo Herschel-Bulkley
Modelo usado para simular el comportamiento de la mayoría de los fluidos de perforación. Toma en cuenta el esfuerzo de cedencia para iniciar el flujo, que tiene la mayoría de los fluidos.
Velocidad de Cizallamiento
Esfuerzo Cortante
Newtoniano
Modelo de Ley de Potencia Modificado
ny Kγττ +=
Otros Modelos de ReologíaOtros Modelos de Reología
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IPM 29
ny Kγττ +=
Los valores para “K” y “n” se obtienen en la misma forma que para el modelo de la ley de potencia para flujo en tubería; sin embargo varían ligeramente para flujo anular. Esto se va a mostrar posteriormente.
Otros Modelos de ReologíaOtros Modelos de Reología
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IPM 30
• Área de la lámina superior = 20 cm2
• Distancia entre láminas = 1 cm
• Fuerza requerida para mover la lámina superior a 10 cm/s= 100 dynes.
• ¿Cuál es la viscosidad del fluido?
Ejercicio para Fluido Newtoniano
( Ejercicio 4.16 del Libro de texto Applied Drilling Engineering)
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IPM 31
poise 5.05.0105
2 =−
==cm
sdina
1-
2
seg 10/1 dinas/cm 20/100
//
Corte de Velocidadtanc esfuerzo
===LVAFteor
µ
cp 50=µ
SOLUCIÓN AL EJERCICIO 4.16
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IPM 32
•Fluido Plástico Bingham•Área de la lámina superior= 20 cm2
•Distancia entre las láminas= 1 cm
• 1. Fuerza Min. Para hacer mover la lámina = 200 dinas
• 2. Fuerza para mover la lámina a 10 cm/s = 400 dinas
• Calcular el Punto de Cedencia y la Viscosidad Plástica
Ejercicio para Fluido Plástico Bingham
( Ejercicio 4.17 del libro de texto ADE )
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IPM 33
• Punto de cedencia:
22 1020
200cm
dinascmdinas
AFy
y ===τ
22 79.4p100
lbf1 ero
cmdinas
iep =
79.4
10y ==∴τ 2plbf/10009.2 ie
SOLUCIÓN AL EJECICIO 4.17
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IPM 34
SOLUCIÓN AL EJERCICIO 4.17
cp 100 .e.i p =µ
poise 1110
10202 =−
=−
=∴cm
sdinapµ
+=
cm 1cm/s 10
cm 20dinas 200
cm 20dinas 400
22 pµ
• Viscosidad plástica, pµ
γµττ py +=
por dado está
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IPM 35
• Área de la lámina superior = 20 cm2
• Distancia entre láminas = 1 cm• Fuerza sobre la lámina superior = 50 dinas si v = 4 cm/s• Fuerza sobre la lámina superior = 100 dinas si v = 10 cm/s
• Calcular el índice de consistencia (K) y • el índice de comportamiento de flujo (n)
Ejercicio para Fluido de Ley de Potencia
( Ejercicio 4.18 del libro de texto ADE)
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IPM 36
Solución para el Ejemplo 4.18
• v = 4 cm/s
( )n
n
n
K
K
K
45.2
14
2050
44
=
=
=⋅
γτ
• Área de la lámina superior = 20 cm2
• Distancia entre láminas = 1 cm• Fuerza sobre la lámina superior
= 50 dinas si V = 4 cm/s
(i)
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IPM 37
Solución al Ejemplo 4.18
• v = 10 cm/s
( )n
n
n1010
10K5
110
K20
100
K
=
=
γ=τ⋅ • Área de la lámina superior = 20 cm2
• Distancia entre láminas = 1 cm• Fuerza sobre la lámina superior
= 100 dinas , si V = 10 cm/s
(ii)
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IPM 38
Solución al Ejemplo 4.18
• Despejando K y sustituyendo en ii encontramos que n es :
5.2 log 2 log
45.2
:.... n
n
Kide
=
=
7565.0n =
( )nK 45.2 = (i)
(ii)( )nK 105 =
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IPM 39
Ejemplo de Solución 4.18
• De la Ecuación (ii):
poise eq. 8760.010
510
5K 7565.0n ===∴
cp. eq. 6.87K =
( )nK 105 = (ii)
L Br
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IPM 40
Tipos de FlujoTipos de Flujo
Reología – Flujo de Tapón
Perfil de Velocidad ( Movimiento en flujo de tapón)La velocidad es igual en el centro y en la pared.
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IPM 41
Tipos de FlujoTipos de Flujo
Reología – Flujo Laminar
Perfil de Velocidad ( Movimiento deslizante )La velocidad es máxima en el centro
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IPM 42
Tipos de FlujoTipos de Flujo
Reología – Flujo Turbulento
Perfil de Velocidad ( Movimiento en remolinos, pero un perfil plano)Velocidad promedio de partículas es uniforme (no cerca de la pared).
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IPM 43
¿Flujo Turbulento o Laminar?¿Flujo Turbulento o Laminar?
Reología – Velocidad Crítica
Flujo Turbulento
Flujo Laminar
Velocidad crítica
Punto de transición
Velocidad de Cizallamiento
Esf
uer
zo d
e co
rtan
te
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IPM 44
¿Flujo Turbulento o Laminar?¿Flujo Turbulento o Laminar?
Reología – Número de Reynolds• El número de Reynolds toma en consideración los
factores básicos del flujo en la tubería:• La tubería, el diámetro, la velocidad promedio, la
densidad del fluido y la viscosidad del fluido. • Re = Velocidad x diam del tubo / diámetro del espacio
anular x densidad / viscosidad efectiva del fluido• Laminar < 2100 - Transición - 3000 < Turbulento
El régimen de flujo particular de un fluido de perforación durante la perforación puede tener un efecto importante en parámetros talescomo pérdidas de presión, limpieza del fondo y estabilidad del pozo.
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IPM 45
Hidráulica del Equipo de Perforación
• Contenido:
• Objetivos
• Introducción a la hidráulica del equipo de perforación
• Cálculos hidráulicos
• Optimización de los aspectos hidráulicos
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IPM 46
Objetivos
Al final de este Módulo USTED va podrá entender:
1. El sistema de circulación
2. Ejemplos de cálculos
3. La optimización de la hidráulica de perforación
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IPM 47
• Sistema de Circulación:
Hidráulica de la Perforación
Bomba de lodos
Tubería de Perforación
Espacio Anular
BarrenaBarrena
Agujero Abierto
Tubería de Revestimiento & cemento
presa
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IPM 48
Presiones en el Sistema Circulante
P6
Pdp
PSuperf
Pdc
Pbarrena
Padp
Padc
PBomba
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IPM 49
Las caídas de presión en el sistema son
PBomba = PSuperf + Pdp + Pdc + Pde barrena +Padp + Padc
Pérdidas de Presión
Reacomodando
PBomba = Pbarrena+(PSuperf. + Pdp + Pdc +Padp + Padc )
Todas las pérdidas de presión que están del lado derecho de la pérdida de la barrena con frecuencia se llaman las pérdidas «Parásitas »
PT = Pbit +Pc
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IPM 50
Cálculo de las Pérdidas de Presión
• Pérdidas de Superficie• Pérdidas en la Sarta – Modelo Plástica de Bingham• Pérdidas en la Sarta – Modelo de la Ley de Potencia• Caída de Presión a través de la Barrena
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IPM 51
Pérdidas de presión en los Equipos de Superficie
En la práctica, únicamente hay sólo cuatro tipos de Equipos de Superficie. Cada tipo se caracteriza por las dimensiones del “stand pipe”, la kelly, la manguera rotaria y la unión giratoria. La tabla que sigue resume los cuatro tipos de Equipo de Superficie y su equivalencia en longitud con una tubería de 3.826 pulgadas de ID.
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IPM 52
• Pérdidas en Superficie• Pérdidas de Sarta con el modelo Plástico de Bingham• Pérdidas de Sarta de Ley de Potencia• Caída de Presión a través de la Barrena
Cálculo de las Pérdidas de Presión
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IPM 53
A. Flujo en la Tubería
Determine la velocidad promedio y la velocidad crítica ( y Vc):
min/.....5.242 pie
DQ
V =
min/....2.89797 22
pieD
YPDPVPVVc
ρρ++
=
Modelo Plástico de Bingham (Tubería)
V
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IPM 54
Si V < Vc, el flujo es laminar; utilice
psiD
YPLDVL
P ..225
*1500 2 +=
µ
Si V > Vc, el flujo es turbulento; utilice
psiv
P ..d*8624
LQ d*1800
L 4.75
0.251.7575.0
1.25
0.2575.175.0 µρµρ==
Modelo Plástico de Bingham (Tubería)
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IPM 55
B. Flujo Anular
min/....)(2.69797 22
pieD
YPDPVPVVc
e
e
ρρ++
=
min/.....5.24
22 pieODDQ
Vh −
=
donde: De = Dh - OD
Determine la velocidad promedio y la velocidad crítica ( y Vc):
Modelo Plástico de Bingham (Espacio Anular)
V
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IPM 56
Si V > Vc, el flujo es turbulento; utilice
Si V < Vc, el flujo es laminar; utilice
)(200)(
)(1000 122
12 ddYPL
ddVL
P−
+−
=µ
( )psi
vP ..
dd*1396L 1.25
12
0.2575.175.0
−=
µρ
Modelo Plástico de Bingham (Espacio Anular)
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IPM 57
• Pérdidas en Superficie• Pérdidas de Sarta Plástica de Bingham• Pérdidas de Sarta con la Ley de Potencia Modificado• Caída de presión a través de la Barrena
Cálculo de las Pérdidas de Presión
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IPM 58
El modelo de la Ley de Potencia Modificado o Modelo de Herschel-Bulkley es el modelo matemático que describe mejor el comportamiento de los fluidos de perforación.
Pérdidas de Sarta con la Ley de Potencia Modificado
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IPM 59
Factor de fricción de Fanning
Pérdidas de Presión dentro de la Tubería
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IPM 60
D = Diámetro interno del tubo (pulgadas)
Pérdida de Presión dentro de la Tubería
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IPM 61
Pérdidas de Presión en el Espacio Anular
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IPM 62
Pérdidas de Presión en el Espacio Anular
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IPM 63
• Cuando se calculan las pérdidas de presión utilizando el modelo de la Ley de Potencia modificado, la siguiente secuencia se debe usar para cada uno de los intervalos de tubería y de espacio anular, utilizando las ecuaciones para el tubo y el espacio anular de manera correspondiente:1. Derive las lecturas θ600 y θ300 de PV & YP.2. Derive la lectura θ100 de las lecturas θ600 y θ300.3. Encuentre los parámetros n y k4. Obtenga la velocidad global promedio5. Encuentre la viscosidad efectiva ( µe )6. Encuentre el número de Reynolds. ( Nre )7. Obtenga el factor de fricción de Fanning.8. Calcule la pérdida de fricción para la sección especificada.
Cálculos Hidráulicos
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IPM 64
• Pérdidas de Superficie• Pérdidas de Sarta Plástica de Bingham• Caída de Presión a través de la Barrena
Cálculo de las Pérdidas de Presión
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IPM 65
• Pérdida de Presión a través de las Toberas de la Barrena;
∆Pb , Pérdida de presión en la barrena en psiQ , Velocidad de bombeo en gpmNn , Diámetro de toberas en 1/32 de pulgadaρ , densidad de lodo en ppg
2
2
24.104
)lg(min
=
tb xA
QP
puTFAdeosterEn
ρ
2
223
22
21 ....
51.12
)"32/1(min
+++=
nb NNNN
QP
avosToberasdeostérEn
ρ
Cálculo de la hidráulica en la Barrena
∆
∆
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IPM 66
• Velocidad de chorro o tobera.
2
3.418
nDQ
VnΣ
=
• donde: • Vn , velocidad en la tobera en pies/seg• Q, velocidad de bombeo en gpm• .Σ Dn
2, suma de los diámetros de la tobera
al cuadrado en 1/32 de pulgada.
ρb
n
PV
∆= 4.33
•Nota: Aunque se puede correr más de un tamaño de tobera en una barrena, la velocidad de tobera va a ser la misma para todas la toberas:
Otra ecuación para la velocidad de las toberas es:
nVQ
A 32.0=
El área de flujo total se puede obtener de :
Cálculo de la hidráulica en la Barrena
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IPM 67
121/4 ” pozo = 9000 pies
13 3/8” a = 7980 pies 72# P110
Q = 500 gpm
Peso de Lodo = 17.5 lb/gal
PV = 40
YP = 30
3 RPM lectura = 8
Tubería de Perforación = 5” ( 4.276 ” ID )
Collares de perforación = 8” ( 3” ID ) , 350 pies
Presión de bombeo máxima = 3500 psi
Equipo de Superficie Caso 3.
Calcule: 1. Las pérdidas de presión totales 2. Perd de P. en la barrena
3. Tamaños de tobera 4. ECD
USE AMBOS MODELOS EL DE BINGHAM Y EL DE LEY DE POTENCIA MODIFICADO
Cálculos Hidráulicos Ejercicio # 1
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IPM 68
En general, los aspectos hidráulicos de la barrena se optimizan para mejorar la velocidad de perforación; sin embargo, hay muchos factores que afectan la velocidad de perforación:
• Tamaño de la barrena• Tipo de la barrena• Características de la barrena• Tipo y resistencia de la formación• Aspectos hidráulicos de la barrena
El objetivo de la optimización hidráulica es obtener un buen equilibrio en controlar las presiones en el pozo, el gasto o tasa de bombeo, la limpieza del pozo, la presión de bombeo, ECD y la caída depresión a través de la barrena.
La presión y la velocidad de circulación máximas son restricciones limitadas ligadas a las capacidades del equipo de perforación.
Hidráulica de la Perforación
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Cálculos Hidráulicos Ejercicio # 2
Si la profundidad total de la sección de pozo de 12 ¼” está a 14,000 pies, y el objetivo era perforar toda la sección con una barrena, ¿qué tamaño de toberas escogería? (suponga que la tasa de bombeo y la reología del lodo permanecen constantes).
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En general la meta es usar del 50% al 65 % de la presión de circulación máxima permisible en la barrena.
• Se considera que el sistema está optimizado para fuerza de impacto cuando la pérdida de presión en la barrena se aproxima al 50 %
• Se considera que el sistema está optimizado para potencia hidráulica cuando la pérdida de presión en la barrena se aproxima a 65 %.
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La siguiente gráfica tomada del manual de MIDF ilustra la diferencia entre optimizar para potencia hidráulica y para fuerza de impacto.
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Cálculos de Presión Ejercicio # 3
¿Cuál es el porcentaje de caída de presión a través de la barrena en los ejercicios 1 y 2?
Si el ejercicio # 2 fuera continuado, cuál sería la presión de bombeo al perforar a 9000 pies ? ¿Qué podría usted hacer para aprovechar esta situación?
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IPM 73
• Potencia Hidráulica; • HHP en la barrena = (∆Pb Q ) / 1714
• Donde; • HHP , potencia hidráulica,• .∆Pb , pérdida de presión en la barrena en psi,• Q , gasto o caudal de la bomba en gpm.
• HHP en la bomba = (∆Pt Q) / 1714• Donde;
• HHP , potencia hidráulica, • ∆Pt , pérdida de presión total en psi ( SPP),• Q , gasto o caudal de la bomba en gpm.
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IPM 74
Potencia hidráulica por pulgada cuadrada de área de la barrena ( HSI )
Hay un término que se usa en la hidráulica de perforación para tener una mejor idea de la magnitud de la potencia hidráulica. A este término se le llama potencia hidráulica por pulgada cuadrada de área de cara de la barrena (H.S.I, por sus siglas en inglés) y básicamente se obtiene al dividir la potencia hidráulica entre el área del diámetro del pozo que está perforando la barrena.
H.S.I = HHP disponible en la barrena/área de la cara de la barrena
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IPM 75
Cálculos de Presión Ejercicio # 4
Calcule la Potencia Total, la Potencia en la Barrena y el H.S.I.para el Ejercicio1, 2 y la segunda pregunta del ejercicio 3.
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IPM 76
• Fuerza de Impacto del Chorro; • La fuerza que ejerce el fluido al salir por debajo de
la barrena,• Se expresa como:
1930
ρni
QVF =
Donde:Fi , la fuerza del impacto de chorro en librasQ, gasto o tasa de bombeo en gpm,Vn , velocidad del chorro en las toberas en pies/segρ , densidad de lodo en ppg
Cálculos de la hidráulica en la Barrena
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Cálculos de Presión Ejercicio # 5
Calcule la fuerza de impacto de chorro para los ejercicios 1, 2 y la segunda pregunta del ejercicio 3.
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Cálculos de Presión Ejercicio # 6
Realice el ejercicio 1 utilizando “drilling office” de tal manera que:
•Se realicen dos corridas de barrena.•Cada corrida de barrena se optimice para H.S.I.
¿Cuáles son las configuraciones de tobera en cada corrida y a qué profundidad se debe realizar el viaje para cambiar las toberas?
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Fin del Módulo
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