hidraulica de pozos%2c optimizacion

7/23/2019 Hidraulica de Pozos%2c Optimizacion

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3 Optimizacin de la perforacin

Materia

Ingeniera de Pozos

11.5 Hrs

1. Introduccin

2. Reologa de los fluidos

3. Hidrulica

4. Optimizacin de la perforacin


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Optimizacin de la perforacin

Introduccin

El empleo ptimo del caballaje hidrulico potencia hidrulica de la bomba de lodos

es uno de los aspectos de mayor importancia en las operaciones de perforacin,

especialmente en lo que a la optimizacin de sta se refiere.La principal funcin de las toberas de la barrena es la de mejorar la accin de limpieza

del fluido de perforacin en el fondo del pozo, incrementando de esta manera la

velocidad de perforacin, mediante la remocin casi inmediata de los recortesgenerados y permitir que los dientes de la barrena incidan sobre formacin virgen.

La aplicacin de un nivel adecuado de la energa hidrulica disponible en el fondo del

pozo, producir un incremento sustancial en la velocidad de penetracin. De aqu la

gran importancia que tiene la determinacin del tamao apropiado de las toberas.

Objetivo

El principal objetivo al optimizar la hidrulica es lograr una limpieza eficiente del

pozo.


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La hidrulica de la perforacin, se encarga del estudio del compartimiento de los lodosen movimiento y sus cargas hidrulicas ejercidas durante el proceso de perforacin.

Hidrulica

Equipo superficial

Sarta de perforacin.

El espacio anular

Sistema

hidrulico

Uningiratoria

Tubera dePerforacin

Espacioanular

Barrena

Presa delodo

Bomba

Cuello deganso

Mangueraflexible

Stand pipe

Flecha

Lnea de

retorno


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Equipo superficial


Long m Di pg Long m Di pg Long m Di pg Long m Di pg

Tubera vertical 12 3 12 3 1/2 13.7 4 13.7 4

Manguera 13.7 2 16.7 2 1/2 16.7 3 16.7 3Unin giratoria 1.2 2 1.6 2 1/2 1.6 2 1/2 1.8 3

Flecha 12 2 1/4 12 3 1/4 12 3 1/4 12 4

Componente Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV

Se manejan cuatro diferentes combinaciones del equipo superficial con lascaractersticas detalladas:

DerrumbesAgujeros erosionadosAumento en la DECDisminucin de la vida de la barrena

Un gasto excesivo

Se debe conocer el tipo y caractersticas de las bombas para determinar el gasto

adecuado.

Bombas de lodos


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Limpieza ineficiente

Remolienda de recortesEmbolamiento de la barrenaAtrapamiento de la sarta

Un gasto bajo

Bomba Capacidad

Duplex 0.0068 * L *(2D2- d

2)* Ev (gal/emb)

Triplex 0.0102 * L * D* Ev (gal/emb)


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P1 P2

1 Fluido ManmetroBomba

Tubera

Fluido

Sea el siguiente sistema, en donde se bombea un fluido a un gasto constante Q dedensidad a travs de un tubo horizontal

HP= PQ Gasto Q

constante

Sea P = P1 P2

A la diferencia de presiones entre la entrada y la salida se define como perdida por

friccin o cada de presin.

Hidrulica



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P1 P21 Fluido Bomba

Sea P1 = P1 P2

P1 P2

1 FluidoBomba

Sea P2 = P1 P2

P1 P2

Porqu?

Gasto Q

constante

Hidrulica


Longitud

ndice de flujo

Reologa del fluido

Excentricidad del tubo

Geometra del tubo

Aspereza del tubo


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REOLOGIA DE LOS FLUIDOS


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Reologa

Esla ciencia de la deformacin y flujo de los materiales; rama de la fsica que tratasobre la mecnica de los cuerposdeformables.

Deformacin.

Es el cambi de forma que sufre un cuerpo al aplicarle un esfuerzo, considerando sus

condiciones iniciales como aquellas que se tenan antes de la aplicar dicho esfuerzo.

La deformacin que sufren los materiales puede ser arbitrariamente dividida en dos

tipos generales:

Deform acin espon tnea revers ible Elast ic idad

D ef o r ma c in i r r ev e rs ib le d e n o m in a d a f lu jo


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Elasticidad

Esta deformacin corresponde a una energa mecnicamente recuperable, es decir, eltrabajo empleado para deformar un cuerpo perfectamente elstico, es recuperadocuando este esfuerzo cesa retornando a su forma original. Por lo que estadeformacin elstica es considerada como una funcin del esfuerzo de corte.

Deformacin espontneamente reversible llamadaelasticidad.

Flujo

La deformacin llamada flujo corresponde a la conversin de la energamecnica en calor. El trabajo empleado en mantener el flujo es disipado en

forma de calor y no es mecnicamente recuperable. El flujo, tambin considerala deformacin como funcin del esfuerzo de corte.

Deformacin irreversible denominadaflujo.

P1 P2

1 FluidoBomba



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Trmino

reolgico Simbolo Unidad(es) Definicin

Velocidad de corte g seg -1Cambio de velocidad del fluido div idido por el ancho del canala travs del cual se desplaza en flujo laminar.

Esfuerzo de corte t lb/100pies2

Es la fuerza por unidad de superficie requeridapara mover un f luido a una velocidad de corte dada.El esfuerzo cortante se mide con el v iscosmetro fann.

Viscosidad m

centipiose

cp

Es el esfuerzo cortante de un fluido div idido por el

correspondiente ndice de corte

Viscosidad efectiva me cp

La viscosidad usada para describir el fluido que fluye atravs de una geometra particular; al cambiar la geometracambia la viscosidad efectiva.

unto de cedencia PClb/100pies2

Es la fuerza requerida para iniciar el movimiento. Es el valorcalculado del esfuerzo cortante cuando la lnea esextrapolada al eje de las Y donde la velocidad de corte es 0

seg-1.

Esfuerzo cedente tolb/100pies2

La fuerza requerida para iniciar el flujo. Es el valor calculadodel esfuerzo cortante cuando la lnea es extrapolada al eje Y

g= 0 seg-1

Viscosidad plstica VP cpLa contribucin a la viscosidad del fluido de un fluido bajocondiciones dinmicas de flujo.

ndice de flujo n adimEs la relacin numrica entre el esfuerzo de corte y lavelocidad de corte

ndice de consistencia K cp (eq)La viscosidad de un fluido que f luye, de indntico conceptoque la VP

Trminos reolgicos


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FLUIDO

VISCOELSTICOS

PURAMENTEVISCOSOS

NEWTONIANOS

NONEWTONIANOS

INDEPENDIENTESDEL TIEMPO

DEPENDIENTESDEL TIEMPO

TIXOTROPICOS

REOPECTICOS

PLASTICOS DE BINGHAM

SEUDOPLASTICOS

DILATANTES

SEUDOPLASTICOS CON PUNTO DE CEDENCIA

DILATANTES CON PUNTO DE CEDENCIA

Clasificacinreolgicadelosfluidos

FLUIDOS DE

PERFORACION


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FluidosNewtonianos.

Son aquellos cuyo comportamiento reolgicopuede ser descrito de acuerdo con laLEY DE LA

VISCOSIDAD DE NEWTON; es decir, son aquellos

fluidos que exhiben una proporcionalidad directa

entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte.

Fluidos no-Newtonianos.

Son aquellos fluidos que no se comportan de acuerdo con la Ley de la Viscosidad de

Newton, en este grupo se incluyen a todos los fluidos que no exhiben una relacin

directa entre el esfuerzo y la velocidad de corte.

Disel Agua Glicerina Salmueras clara

Nota.- en un fluido newtoniano la viscosidad esconstante a determinada temperatura ypresin.

La mayora de los fluidos de perforacin El cemento


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Fluidosindependientesdeltiempo

Son as denominados debido a que sus propiedades reolgicas no cambian con eltiempo. Entre stos se encuentran:

Fluid os Plstic o de B ing ham .

Flu id o s Seud op lsti co s.

Fluido s Di latantes.Fluid os Seud op lsto co s y Dilatantes co n pu nto d e cedenc ia.

Estos fluidos, para iniciar su movimiento

requieren vencer un esfuerzo inicial finito y

al graficar en escala lineal exhibiendo una

relacin lineal entre el esfuerzo de corte y

la velocidad de corte.

FluidosPlsticodeBingham

Esfuerzo inicial


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FluidosSeudoplsticos

Son aquellos fluidos que con un

esfuerzo cortante infinitesimal iniciar

su movimiento y posteriormente la

velocidad de corte se incrementar en

forma no lineal; lo que nos indica que la

viscosidad del fluido disminuye al

incrementarse la velocidad de corte.

FluidosDilatantes

Estos fluidos presentan un

comportamiento similar a los Fluidos

Seudoplsticos, con la diferencia de

que en los Fluidos Dilatantes el ritmo

del incremento del esfuerzo cortante

con la velocidad de corte se

incrementa



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Optimizacin de la perforacinOptimizacin de la perforacin

Son aquellos fluidos que exhiben un esfuerzo inicial finito o punto de cedencia. Una vez

que el esfuerzo inicial ha sido rebasado, la relacin entre el esfuerzo cortante, con la

velocidad de corte resultante no es lineal.

FluidosSeudoplsticosyDilatantesconpuntodecedencia


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Fluidos Dependientes del Tiempo

Estos fluidos se caracterizan porque sus propiedades reolgicas varan con la duracindel corte (esfuerzo cortante y velocidad de corte), bajo ciertas consideraciones. Los

Fluidos Dependientes del Tiempo se subdividen en:

F lu id o s T ix o t r p ic o s .

Son aquellos fluidos en los cuales el

esfuerzo cortante decrece con laduracin del corte.

A diferencia de los Fluidos Tixotrpicos, el

esfuerzo cortante se incrementa conformese incrementa la duracin del corte.

Flu id o s Reo p ct ic o s .


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Regmenesdeflujo

Hay tres tipos bsicos de regmenes de flujo, que son:

Laminar

Turbulento

Transicin

El flujo laminar tiene lugar entre bajas y moderadas velocidades de corte en quelas capas de fluido pasan unas junto a otras en forma ordenada. Este movimientoes paralelo a las paredes del cause a travs del cual fluye y la friccin generadaentre el fluido y las paredes es baja.

El flujo turbulento se produce a altos ndices de cizallamiento, cuando el fluido se

mueve en forma catica. En un flujo turbulento las partculas son arrastradas porgiros al azar y remolinos de corriente, la friccin en este flujo es mayor. .

El flujo transicional tiene lugar cuando el flujo cambia de laminar a turbulento yviceversa. La velocidad critica de un fluido es la velocidad a la cual el flujo cambiade regmen.



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Modelosreolgicos

Los modelos reolgicos ayudan a predecir el comportamiento de los fluidos sobreuna amplia escala de velocidades de corte. La mayora de los fluidos de perforacinson fluidos seudoplsticos nonewtonianos y los modelos reolgicos ms aplicablesen ellos son:

Mo d e lo d e B in g h a n

Mod elo de la Ley de po tencias

M o d e l o d e l a l e y d e p o t e n c i a s

mo d i f ic a d o

El modelo de ley de potencias modificado

es el que mejor caracteriza a los fluidosde perforacin.


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El modelo de Binghan describe el flujo por medio de la ecuacin:

t

= PC + (VP*g

)

Donde:

t

es el esfuerzo de corte medido en lb/100 pie2

PC es el punto de cedencia en lb/100 pies2

VP es la viscosidad plstica en cp

g es la velocidad de corte en seg -1

Las normas API requieren que el clculo de PC y VP se haga usando las ecuaciones:

VP = q600q300 PC = q300 VP PC = (2 q300q600)Debido a que el modelo asume un comportamiento verdaderamente plstico el

ndice de flujo n = 1. Lamentablemente, no es frecuente que esto ocurra y el PCobtenido de esta forma arroja valores muy excedidos ( 40 a 90%), por lo que serecomienda calcular el PC con valores bajos de velocidad de corte y la siguienteecuacin:

PC = (2 q3q6)


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Velocidad de flujo

Velocidad crtica

Nmero de Reynolds del Flujo

vc =7.75 VP + 7.75 (VP2 + 109.83*

r

* Di2* PC) 1/2

r

* Di

NRE = 129Di* V *

r

VP

Factor de friccin f =0.079

NRE0.25

v = 24.51Q

Di 2


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Mod elo de ley de po tencias

Este modelo describe el comportamiento reolgico de fluidos de perforacin basepolmero que no presentan esfuerzo de punto de cedencia ( salmueras clarasviscosificadas)Las ecuaciones generales para calcular el esfuerzo de corte, el ndice deconsistencia y el ndice de flujo son:

t = K * g n n =

Log (t2 / t1)

Log (g2 / g1) K =

t2

g2n

Donde:

t es el esfuerzo de corte medido en lb/100pie2

t 1 es el esfuerzo de corte a una velocidad de corte ms baja

t2es el esfuerzo de corte a una velocidad de corte ms alta

n es el ndice de flujo


g2 es la velocidad de corte ms alta

g1 es la velocidad de corte ms baja

log3.32=300

600

q

qn

600

=

q

k n1022511

n

300

511=

q510


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Nmero de reynolds crtico NREc

(Laminar-transicin)

Nmero de Reynolds crtico NREC

(Transicin-turbulento)

Ley d e Potencias

NREc = 3470 1370* n

NREc = 4270 1370* n

Factor de friccin f

(Rgimen turbulento)

f =a

NREb

b =

1.75 - Log n

7

a =

Log n + 3.93

50

NRE =r

v2

2.319 * K

2.5 * Di

v(3n + 1)

n

Nmero de Reynolds NRE


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Mod elo de ley de po tencias mo d i f ic a d o

Debido a que la mayora de los fluidos de perforacin presentan esfuerzo cortante,este modelo describe el comportamiento reolgico de los lodos de perforacin conmayor exactitud que ningn otro modelo.

t = t

o

+

( K *g

n )Donde:

t es el esfuerzo de corte medido en lb/100pie2

t 0 es el esfuerzo de corte a una velocidad de corte ms baja

n es el ndice de flujo


K es el ndice de consistencia en cp (eq)


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HIDRAULICA


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La hidrulica de perforacin se define como el balance ptimo de los elementosinvolucrados para obtener una limpieza adecuada del fondo del pozo.

N m e r o d e R e y n o l d s N re.- Es un trmino adimensional que nos indica el

rgimen de flujo en el que se mueve el fluido.

Gasto de f lu jo .- Determina la velocidad del fluido y las cadas de presin por

friccin en el sistema circulatorio del pozo.

Presin de b om beo.- Determina la velocidad del fluido en el sistema.

N m e r o d e R e y n o l d s C r i t i c o N r ec.- Este valor corresponde al nmero de

Reynolds al cual el flujo laminar se convierte en flujo turbulento.

Factor de f r icc in f .- Este termino adimensional es definido para fluidos de

la Ley de Potencias en flujo turbulento


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Metodologa prctica para disear la hidrulica

Para manejar una hidrulica optima durante la perforacin seguiremos los siguientes

pasos:

1. Determinar el gasto mximo de flujo.

2. Determinar el modelo reolgico a utilizar.3. Determinar el gasto mnimo de flujo.

4. Determinar las cadas de presin por friccin.

5. Determinar la limpieza del pozo.


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Es el gasto mximo disponible, que la bomba puede desarrollar dentro de su lmitemximo de presin.

Qmx = Ev1714* HPSmx

PSmx

Qmx = Gasto mximo en gal/min

Psmx = Presin superficial mxima en psi

HPsmx = Potencia hidrulica mxima en HP

Ev = Eficiencia volumtrica de la bomba en %

2. Determinacin del modelo reolgico

Para determinar el modelo reolgico a utilizar es necesario caracterizar el fluido deperforacin. La caracterizacin se realiza de la siguiente manera:

a. Con un viscosmetro Fann obtenga las siguientes lecturas:

A 100 rpm

A 200 rpm

A 300 rpm

A 600 rpm


A 3 rpm

A 6 rpm


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b. Grafique las lecturas observadas en escala lineal y logartmica

Si los datos graficados en escala logartmica muestran una lnea recta, indican queel fluido se comporta de acuerdo a la Ley de Potencias.

Si los datos graficados en escala lineal muestran una lnea recta, indican que elfluido se apega al modelo de Plsticos de Bingham.


f


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3. Determinacin del gasto mnimo de flujo

Es el gasto mnimo necesario para levantar los recortes a la superficie y se obtienede acuerdo a la siguiente metodologa:


a. Se estima un gasto inicial Qi (gpm) utilizando la siguiente ecuacin emprica.

Qi = Db * 40Donde: el factor 40 (gpm-pg) corresponde a un gasto adecuado para un ritmo depenetracin de 4.5 m/hr y Db es el dimetro de la barrena pg.

b. Se calcula la velocidad del fluido en el espacio anular va (pie/min).

va = 24.51D2a D2e

Qi Donde: Da = dimetro del agujero en pgDe = dimetro exterior de la TP en pg

c. Calcule la viscosidad aparente ma en cp.

ma = mp + 300ty * dp

vama =

K

144

Da De

va/60

1 -n

0.0208

2 +1

n

n

Plstico de Bingham Ley de Potencias

d l f


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LA velocidad de asentamiento del recorte se obtiene estrictamente mediante unmtodo iterativo. Sin embargo en esta seccin utilizaremos la siguiente ecuacinpor considerar un rgimen transicional para la partcula.


d. Calcule la velocidad de asentamiento del recorte vsl en pie/min.

vsl =341 dp (

r

pr

f )

(r0.33f

m0.33

a

)

0.667

e. Calcule el gasto mnimo necesario para levantar los recortes Qmin en gpm.

Qmin =vsl (D2a D2e)

24.51

Donde: dp = dimetro de la partcula en pgrp = densidad de la partcula en gr/ccrf = densidad del fluido en gr/ccma= viscosidad aparente en cp

La velocidad de asentamiento viene siendo la velocidad mnima necesaria para levantar

Los recortes.

vsl = vamin

O i i i d l f i


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4. Determinacin de las cadas de presin por friccin en el

sistema

BOMBA

LPs

tpP

lbP

bnaP

Para un gasto de fluido dado Q:

Potencia de la bomba (HP) = PbQ

Pea

Pb = Ps + Ptp + Plb + Pbna + SPea

O i i i d l f i


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a. Cada de presin en el equipo superficial

Peq en psi

Peq = 8.3454* C*rfQ

100

1.86

Tipo de

equipo C

I 1

II 0.36

II 0.22

IV 0.15

b. Cada de presin en la TP Ptp en psi

Ptp =f *rf *v2 *L

3404 Di

Donde: f = factor de friccin adimensionalrf = densidad del fluido en la TP en gr/ccDi= dimetro interior de la TP en pgv = velocidad en la TP pie/min

c. Cada de presin en el EA

Pea en psi

Pea =f *rf *va2 *L

3404 (Da De)

Donde: va = velocidad en el EA en pie/min


REVISAR Va

O ti i i d l f i


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d. Cada de presin en la barrena

Pb en psi

Donde: Q = gasto en gpmAt = rea de las toberas en pg21303 * A2t

Pb = Q2

*r

f

5. Limpieza del pozo

Determinacin de la capacidad de acarreo de los recortes Ft en por ciento.

Ft = 1 - x 100vsl

va

Se considera como una limpieza eficiente del pozo cuando la capacidad de acarreo de los recortes es

mayor del 60% y tiende al 100.

O ti i i d l f i


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6. Determinacin de la densidad equivalente de circulacin

DEC.

La presin total ejercida en el fondo del pozo en condicione dinmicas Pfondo, es igual a lasuma de la presin hidrosttica, Ph, ms la cada de presin por friccin en el EA Pea.

Pfondo = Ph + Pea

DEC = rf + 0.704 SPea

HDEC =

r

f + +0.704 SPea

H

0.168 ROP*Db2 *

( rp rf

Q

Donde: H = profundidad vertical en mrf = densidad del fluido en el EA en gr/cc

rp= densidad de la partcula en gr/ccROP= velocidad de penetracin en m/minQ= gasto de operacin en gpmPea= cada de presin en el EA en psiDb = dimetro de la barrena en pg

Sin recortes Con recortes

O ti i i d l f i


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Gradiente de fractura 1.60 gr/cc

ROP m/hr

61

47

34

20

6

Incrementos significativos en la DEC estn asociados a altos ROP A altos gastos de bombeo se tienen incrementos en DEC


O ti i i d l f i


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Ej de calculo: Se programa la perforacin de la cuarta etapa con la siguiente informacin y se desea saber silas condiciones son buenas para la limpieza del pozo y la DEC.

Datos: BombaHpsmax= 2574 HPPmax= 5000 psiEv= 85%

Datos del lodo:

r

lodo= 2.0 gr/ccrp= 2.4 gr/ccdp=0.25 pg

Vp= 20 cpYp= 14 lb/100pie2

Datos de operacin:

Q= 500 gpmPb= 3000 psi

Datos de la barrena:

1(14) y 6(13)

Datos de la sarta:

DC 8x3 98 m

HW 5x3 108 m

TP 5 5094 m

DI TP 4.276

Factor de friccin:

F = 0.006

TR 13 3/8

Di 12.415

3300 m

5300 m

D 12 1/4

Determine:

1. Qmax de la bomba2. Modelo reolgico a utilizar3. Qmin para levantar los recortes4. Cadas de presin en el sistema.

5.DEC

Datos: ROP0.12 m/min



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Solucin:


Qmx = Ev1714* HPSmx

PSmx

Qmx = Gasto mximo en gal/min

Psmx = Presin superficial mxima en psi

HPsmx = Potencia hidrulica mxima en HP

Ev = Eficiencia volumtrica de la bomba en %

Qmx = 0.85 = 750 gpm1714* 2574

5000

2. Caracterizar el fluido.

Ley de potencias




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3. Determinar el gasto mnimo de flujo.Qi = Db * 40

va = 24.51 = = 94.21 pies/minD2a D2e

Qi

El gasto programado 500 gpm

500

12.4532 - 52

ma = K

144

Da De

va/60

1 -n

0.0208

2 + 1n

n

n = 3.32 log = 3.32 log = 0.667q600

q300

54

34

n

300

511K=

q510 = = 270.7

510x34

511 0.667

ma= 96.3 cp

Solucin:




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vsl = = = - 13.95 pie/min341 dp (

r

pr

f )

(r

0.33f m

0.33a)

0.667 341* 0.25 (2.4 2.0)

20.33 96.30.33

Qmin = = = 74.02 gpmvsl (D2a D2e)

24.51

13.95 (12.4532 52)

24.51

Solucin:




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4. Determinacin de las cadas de presin por friccin en el

sistema

BOMBA

LPs

tpP

lbP

bnaP

Para un gasto de fluido dado Q:

Potencia de la bomba (HP) = PbQ

Pea

Pb = Ps + Ptp + Plb + Pbna + SPea

Equipo tipo II

Solucin:




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Peq = 8.3454* C*rfQ

100

1.86

Tipo de

equipo C

I 1

II 0.36

II 0.22IV 0.15

Peq = 8.3454* 0.36*2.0 = 119.7 psi500

100

1.86

Ptp = = = 1,886 psif *

r

f *v2 *L

3404 Di

0.006* 2.0* 670.252 *5094

3404 * 4.276

Phw = = = 235 psif *rf *v2 *L

3404 Di

0.006* 2.0* 1361.662 *108

3404 * 3

PDC = = = 213 psif *rf *v2 *L

3404 Di

0.006* 2.0* 1361.662 *98

3404 * 3

Solucin:




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Pea1 = = = 1.65 psif *rf *va2

*L3404 (Da De)

0.006* 2.0* 142.42 *98

3404 * (12.250 8)

Pea2 = = = 8.88 psif *rf *va2 *L

3404 (Da De)

0.006* 2.0* 982 *1902

3404 * (12.250 5)

Pea3 = = = 14.10 psif *rf *va2 *L

3404 (Da De)

0.006* 2.0* 942 *3300

3404 * (12.453 5)

Cada de presin en la bna

1303 * A2tPbn = = = 7,129 PSIQ

2

*r

f1303* 0.2322

5002 *

2

S

Pea = 25.05 psi

Solucin:




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5. Limpieza del pozo

Ft = 1 - x 100 =1 - = 85.20%vsl

va

13.95

94.21Para el gasto propuesto de 500 gpm

6. Determinacin de la densidad equivalente de circulacin

DEC.

DEC = rf +0.704 SPea

HDEC = rf + +

0.704 SPea

H

0.168*ROP*Db2( rprf)

Q

Sin recortes Con recortes

DEC = 2.0 +0.704 * 24.38

5300

DEC = 2.003 gr/cc

DEC = rf + +

0.704*24.38

5300

0.168*0.12*12.25**2( 2.42.0 )

500

DEC = 2.007 gr/cc

Solucin:




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Tarea no. 3 del 2do parcial


Datos: BombaHpsmax= 2574 HPPmax= 5000 psiEv= 90%

Datos del lodo:

r

lodo= 1.55 gr/ccrp= 2.6 gr/ccdp=0.34 pg

Vp= 26 cpYp= 20 lb/100pie2

Datos de operacin:

Q= 700 gpmPb= 3700 psi

Datos de la barrena:

5(14) y 2(16)

Datos de la sarta:

DC 8x3 90 m

HW 5x3 54 m

TP 5 3856 m

DI TP 4.276

Factor de friccin:

F = 0.006

TR 20

Di 19

1000 m

4000 m

D 17 1/2

Datos: ROP0.26 m/min

En el programa del pozo Tajn 101 se tienen la siguienteinformacin que ser utilizada para la perforacin de lasegunda etapa. Considerar un equipo tipo II.

Se desea saber si las condiciones programadascumplen con:

Las caractersticas de la bomba.La limpieza del pozo.El gradiente de fractura si este es de 0.165

kg/cm2/m.


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Optimizacin de pozospetroleros



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Los mtodos de optimizacin de la hidrulica consisten en determinar la cada depresin en la barrena de tal forma que la energa generada por el equipo de bombeo

en superficie sea transmitida ptimamente hasta el fondo del pozo para su correcta

limpieza.

La optimizacin de la potencia hidrulica en la barrena se obtiene no necesariamente

aumentando la potencia de la bomba, sino por medio de la seleccin adecuada del

dimetro de las toberas.

Los dos mtodos de optimizacin ms aceptados y comnmente utilizados son:

a. Mxima potencia hidrulica en la barrena.

b. Mxima fuerza de impacto del chorro de lodo en el fondo del pozo.

Optim izacin de la hi d ru li c a



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Este modelo asume que la velocidad de penetracin puede incrementarse con la

potencia hidrulica, ya que los recortes son removidos tan rpido como se generan.

Sin embargo, se alcanza el punto donde el incremento en la potencia ya no se refleja

en un aumento en la penetracin.

El criterio aplicado en este mtodo de optimizacin consiste en calcular el dimetroptimo de las toberas para obtener la mxima potencia hidrulica en la barrena.




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1. Obtenga la presin disponible en la barrena:

Pb = Psmax - Pp

Psmax

Donde:

Pp = Pseq + Ptp + pea

Pp es conocida como: Prdidas de presin parasitas

La mxima potencia hidrulica se obtiene cuando la relacin entre las prdidasde presin parasitas optima y la presin superficial cumplen la siguiente relacin:

Pp / op=

1

m + 1Como el flujo en la barrena es turbulento; m= 1.75

Pp / op = 0.36 P smx Pb / op = 0.64 P smx

Lo anterior indica que el 64% de la presin de bombeo en superficie estrasmitida a la barrena.



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2. Obtenga el gasto ptimo.

Qpt =Psmax

Pp / pt m1

Q1Log (

Pp1/Pp2m =

Log (Q1/PQ2)

3. Obtenga el rea ptima de las toberas

At pt =r

fQpt2

1303Pb pt

2

1

D t = 32At pt

0.7854 N

2

1

4. Calcule la mxima potencia hidrulica en la barrena.

HPb =

Pb / pt * Q pt

1714



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Solucin

1. Obtenga la presin disponible en la barrena:

Pb = Psmax - Pp

Pp = 119+1,866 + 235 + 213 + 25.05 = 2,458 psiPp = Pseq + Ptp + PHW + PDC + pea

Pb = Psmax Pp = 5000 2,458 = 2,542 psi

Pp / op = 0.36 P smx = 0.36 * 5000 = 1,800 psi

Pb / op = 0.64 P smx = 0.64 * 5000 = 3,200 psi

2. Obtenga el gasto ptimo.

Qpt =Psmax

Pp / pt m1

Q1Log (Pp1/Pp2)

m = = 1.99Log (Q1/P*Q2)

Qpt = 300 gpmPara un Q1= 500 gpm y Q2= 600 gpm



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3. Obtenga el rea ptima de las toberas, considerando 5 toberas (N)

At pt =r

fQpt2

1303Pb pt

2

1

D t = 32At pt

0.7854 N

2

1

At pt =2.0* 3002

1303* 3200

2

1

At pt =0.208 pg2

D t = 320.1987

0.7854* 5

2

1

D t = 7.36/32 avos pg

4. Calcule la mxima potencia hidrulica en la barrena.

HPb = = = 560 HP

Pb / pt * Q pt

1714

3200* 300

1714


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Real

Terico



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Opt ac de a pe fo ac

Este modelo considera que la remocin de los recortes depende de la fuerza con la

cual el fluido golpea o impacta contra el fondo del pozo.

El criterio aplicado en este mtodo de optimizacin consiste en calcular el dimetro

ptimo de las toberas de tal forma que la fuerza de impacto hidrulico sea mximoen la barrena.

a. Mxima fuerza de impacto.

l f


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1. Calcule la presin disponible en la barrena:

Pb = Psmax - Pp

Psmax

Donde:

Pp = Pseq + Ptp + pea

Pp es conocida como: Prdidas de presin parasitas

La mxima potencia hidrulica se obtiene cuando la relacin entre las prdidasde presin parasitas optima y la presin superficial cumplen la siguiente relacin:

Pp / op=

2

m + 2Como el flujo en la barrena es turbulento; m= 1.75

Pp / op = 0.53 P smx Pb / op = 0.47 P smx

Lo anterior indica que el 47% de la presin de bombeo en superficie estrasmitida a la barrena.

Optimizacin de la perforaci



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2. Obtenga el gasto ptimo (gpm).

Qpt =Psmax

Pp / pt m1

Q1Log (

Pp1/Pp2m =

Log (Q1/PQ2)

3. Obtenga el rea ptima de las toberas (pg2)

At pt =r

fQpt2

1303Pb pt

2

1

D t = 32At pt

0.7854 N

2

1

4. Calcule la mxima fuerza de impacto hidrulico en la barrena lb-f.

Fb =

Pb / pt * Q pt2

361

2

1

p p f




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Aunque no existe con claridad cual de los mtodos es el mejor, la experienciademuestra que si la potencia hidrulica es mxima, la fuerza de impacto estar

en un valor cercano al 90% del mximo y viceversa.

Aplicar el mtodo de mxima potencia hidrulica:

En pozos profundos con alta presin hidrosttica.

Agujeros de dimetro reducido.

Velocidad de penetracin baja < 7min/m.

Aplicar el mtodo de mxima fuerza de impacto:

En pozos someros con baja presin hidrosttica.

Agujeros de dimetro grande.

Velocidad de penetracin alta > 7min/m.

p p f



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p p f

Efectos de la inclinacin del pozo en la limpieza del

mismo

En la construccin de pozos se tienen tres regiones bien definidas:

a. Secciones verticales con desviacin < de 20.

b. Secciones altamente desviadas cuyo ngulo es de 20

a 70.

c. Secciones horizontales cuya desviacin es > 70a. Secciones verticales con desviacin < de 20.

En esta seccin los recortes se mantienen en suspensin permitiendo quepuedan ser acarreados a superficie.

b. Secciones altamente desviadas ngulo entre 20 y70.

Esta seccin es la ms problemtica para su limpieza, debido a que generan unacama de recortes delgada y poco estable en la parte inferior del agujero. Loanterior ocasiona una reduccin en el rea de flujo y por consiguienteincrementos en la DEC.



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b. Secciones horizontales o ngulo >70.

Esta seccin es menos problemtica que la anterior debido a que forma unacama gruesa y estable de recortes.

Recomendaciones para eficientar la limpieza en pozos desviados

Si se perfora con motor de fondo, rotar la sarta por intervalos cortos detiempo.

Efectuar viajes cortos.

Utilizacin del gasto ptimo.

Utilizar baches pesados de barrido con densidad 0.25 a 0.50 gr/cc > que ladensidad del lodo que se este utilizando.

p p f

hidraulica de pozos%2c optimizacion

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