HIDRULICA DE PERFORACIN

HIDRULICA DE PERFORACIN

OBJETIVOS Conocer algunos conceptos bsicos de la hidrulica de perforacin Facilitar el aprendizaje de la importancia que tiene la hidrulica de perforacin en el campo petrolero. Reforzar los conocimientos adquiridos durante la formacin profesional.

INTRODUCCIN

La hidrulica de la perforacin, se encarga del estudio del comportamiento de los lodos de perforacin durante el proceso de perforacin. En relacin con los fluidos de perforacin, el trmino hidrulica se refiere a la operacin donde el fluido se utiliza para transferir presin desde la superficie a la broca, y la cada de presin a travs de la misma, se usa para mejorar la tasa de penetracin. Parte de la energa del fluido tambin se gasta al barrer el rea que est por delante de la broca y limpiarla de los ripios generados, evitando la aglomeracin de los mismos en el cuerpo y cara de la mecha.

UNIDAD 1: PLANEACIN HIDRULICA CONCEPTOS Y DEFINICIONESReologa e Hidrulica de los Fluidos de Perforacin La reologa es el estudio de la manera en que la materia se deforma y fluye. Se trata de una disciplina que analiza principalmente la relacin entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte, y el impacto que estos tienen sobre las caractersticas de flujo dentro de materiales tubulares y espacios anulares. La hidrulica describe la manera en que el flujo de fluido crea y utiliza las presiones, en los fluidos de perforacin, el comportamiento del flujo de fluidos debe ser descrito usando modelos reolgicos y ecuaciones, antes de poder aplicar las ecuaciones de hidrulica. La reologa y la hidrulica facilitan la optimizacin del proceso de perforacin. Estas propiedades fsicas contribuyen a varios aspectos importantes para la perforacin exitosa de un pozo, incluyendo: Control de las presiones para impedir el influjo de los fluidos de las formaciones. Transmitir energa a la mecha para maximizar la velocidad de penetracin (ROP). Suspender los recortes durante los perodos estticos. Permitir la separacin de los slidos perforados y el gas en la superficie. Extraer recortes del pozo.ReologaSegn el Instituto Americano del Petrleo. La reologa es la ciencia que estudia la deformacin y flujo de la materia. Al tomar ciertas medidas en un fluido, es posible determinar la manera en que dicho fluido fluir bajo diversas condiciones, incluyendo la temperatura, la presin y la velocidad de corte. El trmino reolgico ms conocido es la viscosidad, en su ms amplio sentido, se puede describir como la resistencia al flujo de una sustancia.

Tabla N.1 Trminos relacionados con reologa e hidrulica de perforacin Trmino reolgicoSmboloUnidad (es)Definicin

Velocidad de corteSeg-1Cambio de velocidad del fluido dividido por el ancho del canal a travs del cual el flujo se desplaza en flujo laminar.

Esfuerzo de corteLb/100pie2PaLa fuerza por unidad de superficie requerida para mover un fluido a una velocidad de corte dada. El esfuerzo de corte se mide en viscosmetros de campos petroleros por la deflexin del dial del medidor a una velocidad de corte.

ViscosidadCentipoise (cP) PasegEsfuerzo cortante divido por el correspondiente ndice de corte, o = /. La viscosidad del fluido se puede medir en un punto determinado o sobre una amplia escala de mediciones esfuerzo cortante/ndice de corte.

Viscosidad efectivaecPPasegLa viscosidad usada para describir el flujo que fluye a travs de una geometra particular; al cambiar las geometras del pozo tambin cambia la e. Esta est definida por la relacin del esfuerzo de corte entre la velocidad de cortee= Esfuerzo de Corte / Velocidad de Corte

Punto cedentePCyLb/100pie2PaLa fuerza requerida para iniciar el flujo; el valor calculado del esfuerzo cortante del fluido cuando el reograma es extrapolado al eje de las Y en = 0seg-1.

Resistencias del gelLb/100pie2PaMediciones del esfuerzo cortante de un fluido dependiente del tiempo bajo condiciones estticas. Las resistencias de gel son medidas comnmente despus de intervalos de 10 segundos, 10 minutos, y 30 minutos.

Continuacin Tabla N1. Trminos relacionados con reologa e hidrulica de perforacin Trmino reolgicoSmboloUnidad (es)Definicin

Viscosidad plsticaVPcPPasegEs la viscosidad que resulta de la friccin mecnica entre slidos, slidos y lquidos; y lquidos y lquidos. La viscosidad plstica est generalmente relacionada con el tamao, forma y nmero de las partculas de un fluido en movimiento. La VP se calcula usando esfuerzos cortantes medidos a 600 y 300 en el viscosmetro FANN 35.

ndice de flujonAdimensionalLa relacin numrica entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte de un fluido en un grfico log-log. Este valor describe el grado de comportamiento adelgazante por corte de un fluido.

ndice de consistenciaK(eq) cPPasegnLb/100pie2segnLa viscosidad de un fluido que fluye, de idntico concepto que VP.Nota: los efectos viscosos atribuidos a los efectos cortantes de un fluido

Tipos de FluidosUn fluido es cualquier sustancia que se deforma cuando se le somete a un esfuerzo de corte o de cizallamiento, por muy pequeo que ste sea. Los fluidos se clasifican en: Fluido Newtoniano La clase ms simple de fluidos es la clase de fluidos newtonianos. Los fluidos de base (agua salada, agua dulce, aceite diesel, aceites minerales y aceites sintticos) de los fluidos de perforacin son newtonianos. En estos fluidos, el esfuerzo de corte es directamente proporcional a la velocidad de corte. Fluido No NewtonianoCuando un fluido contiene arcillas o partculas coloidales, estas partculas tienden a chocar entre s, aumentando el esfuerzo de corte o la fuerza requerida para mantener una velocidad de corte determinada.Modelos ReolgicosSegn Baroid, (1997); al tomar ciertas medidas en un fluido, es posible determinar la manera en que fluir bajo diversas condiciones, incluyendo la temperatura, la presin y la velocidad de corte.Un modelo reolgico es una descripcin de la relacin entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte. La Ley de viscosidad de Newton es el modelo reolgico que describe el comportamiento de flujo de los fluidos newtonianos. Tambin se llama modelo newtoniano, sin embargo, como la mayora de los fluidos de perforacin son no newtonianos, este modelo no describe su comportamiento de flujo y como no existe ningn modelo reolgico especfico que pueda describir con precisin las caractersticas de flujo de todos los fluidos de perforacin, se han desarrollado diversos modelos para describir el comportamiento de flujo de los fluidos no newtonianos y entre los ms aplicados en la industria se pueden citar:

Modelo de la ley exponencialEste modelo describe un fluido en el cual el esfuerzo de corte aumenta segn la velocidad de corte elevada matemticamente a una potencia determinada. Matemticamente, el modelo de ley exponencial se expresa como: = Kn Donde: = Esfuerzo de corte en lb/100pie2K = ndice de consistencia del fluido en cP o lb/100pie2seg-1 = Velocidad de corte en seg-1 n= ndice de comportamiento de flujo del fluido

Modelo de Herschel Bulkley (punto cedente ley de potencia modificada)Debido a que la mayora de los fluidos de perforacin presentan esfuerzo cortante, el modelo de Herschel Bulkley (punto cedente ley de potencia modificada (MHB) describe el comportamiento reolgico de los fluidos de perforacin con mayor exactitud que ningn otro modelo.El modelo MHB usa la siguiente ecuacin para describir el comportamiento de un fluido: = o + (K x n) Donde: = Esfuerzo de corte medio en Lb/100pie2 0 = Esfuerzo del punto cedente del fluido (esfuerzo de velocidad de corte cero) en Lb/100pie2K = ndice de consistencia del fluido en cP o Lb/100pie2 segnn = ndice de flujo del fluido=Velocidad de corte en seg-1

Regmenes de FlujoSegn Baroid. (1997); estos son conocidos como Flujo Laminar, que tiene lugar entre bajas y moderadas velocidades de corte en que las capas de fluido pasan unas junto a otras en forma ordenada. La friccin entre el fluido y las paredes del canal es menor en este tipo de flujo. Los parmetros reolgicos del fluido de perforacin son importantes para el clculo de las prdidas de presin por friccin en fluidos de perforacin de flujo laminar. Flujo Turbulento, producido por altas velocidades de flujo con altos ndices de cizallamiento, cuando un fluido se mueve en forma catica. En flujo turbulento las partculas son arrastradas al azar y remolinos de corriente. La friccin entre el fluido y las paredes del canal es mayor en este tipo de flujo y los parmetros reolgicos no tienen gran influencia en los clculos de las prdidas de presin friccional.Parmetros considerados para los clculos de Hidrulica de Perforacin Las velocidades y cadas de presin encontradas durante la circulacin del fluido de perforacin por el interior de la sarta y el espacio anular son de gran importancia en las operaciones de perforacin, por lo cual es necesario tomar en consideracin algunos parmetros para los clculos en la hidrulica de los fluidos tales como el nmero de Reynolds, factor de friccin y viscosidad efectiva del fluido. Las ecuaciones hidrulicas han sido desarrolladas usando bsicamente el modelo de Herschel-Bulckley y sus soluciones se pueden obtener usando programas computarizados, debido a que este modelo predice mejor el comportamiento reolgico de fluidos de perforacin a bajas velocidades de corte, resultan valores ms exactos de cadas de presin en flujo laminar, densidades equivalentes de circulacin, entre otros; con la finalidad de obtener informacin sobre bombas y circulacin, hidrulica de barrenas, limpieza del pozo, regmenes de flujo, etc.Trminos usados en los clculos de Hidrulica de FluidosSegn Baroid (1997), para predecir el comportamiento de los fluidos de perforacin que circulan a travs de las tuberas y espacios anulares se usan ecuaciones matemticas. Las velocidades y cadas de presiones encontradas durante la circulacin son de particular importancia para las operaciones de perforacin.Existen varios trminos importantes usados en clculos de hidrulica los cuales se definen a continuacin: Nmero de Reynolds (NRe): un trmino numrico adimensional decide si un fluido circulante estar en flujo laminar o turbulento. A menudo un nmero de Reynolds mayor de 2100 marcar el comienzo de flujo turbulento, pero no siempre es as.

Nmero crtico de Reynolds (NRec): este valor corresponde al nmero de Reynolds al cual el flujo laminar se convierte en flujo turbulento.

Factor de friccin (f): este trmino adimensional es definido para fluidos de la ley de la potencia en flujo turbulento y relaciona el nmero de fluido de Reynolds con un factor de aspereza de la tubera.

Cadas de presin (p/L): cuando los fluidos circulan a travs de un tubo o espacio anular se desarrollan fuerzas de friccin. Como resultado, se disipa energa del fluido. Estas fuerzas friccionales se conocen como cadas de presin, y comnmente se designan en forma de presin por longitud unitaria. Cuanto ms largo sea un tubo o espacio anular, tanto mayor ser la cada presin. Los factores que pueden afectar la magnitud de la cada de presin incluyen: longitud, ndice de flujo (rgimen de flujo de tipo laminar o turbulento), propiedades reolgicas del fluido, excentricidad del tubo, geometra del tubo/espacio anular, aspereza del tubo, etc.

IMPORTANCIA DE LA HIDRULICA DE PERFORACIN

Remocin de recortes en el espacio anular. Presin hidrosttica para balancear la presin del poro yprevenir que se colapse el agujero del pozo. DEC (Densidad Equivalente de Circulacin). Presiones de Surgencia / Suave o durante los viajes deentrada y salida de la sarta en el pozo. Limitacin de la capacidad de bombeo. Optimizacin del proceso de perforacin (Max HHPconsumido en la barrena o Max Impacto del Chorro). Efectos de Presin y Temperatura.

OBJETIVOS DE LA HIDRULICA DE PERFORACIN

La perforacin de pozos petroleros requiere de una hidrulica que cumpla con los objetivos de mejorar la eficiencia de la barrena y proveer un eficiente acarreo de los recortes de formacin a la superficie. El sistema hidrulico est integrado por el equipo superficial, la sarta de perforacin, y el espacio anular. El clculo hidrulico en este sistema define el dimetro ptimo de las toberas de la barrena, con el cual se obtendr la potencia hidrulica del flujo del fluido de perforacin que promueva la ptima remocin de recortes, incremento en la velocidad de penetracin y en la vida de la barrena. En consecuencia, una reduccin en el costo total de la perforacin.

Uno de los aspectos ms estudiados sobre los factores que afectan a la eficiencia de la perforacin ha sido el efecto de la hidrulica de perforacin.Es pertinente aclarar que el fluido de perforacin, independientemente de la velocidad de ste a travs de las toberas de la barrena, no destruye la roca consolidada significativamente en ningn grado.Por lo tanto, en lo que a hacer agujero se refiere, la funcin de la hidrulica y fluido de perforacin es nicamente eliminar los recortes del fondo del pozo y del agujero.La remocin instantnea de los recortes debajo de la barrena es prcticamente imposible; sin embargo, la utilizacin apropiada de la energa hidrulica disponible puede minimizar la permanencia de los recortes en el fondo y evitar sea remolido por la barrena y de esta forma incrementar la velocidad de penetracin. Por lo tanto, se puede establecer que la aplicacin de la hidrulica no tiene como funcin perforar el agujero, sino acelerar la remocin de los recortes.CONCLUSIONPudimos observar a lo largo de estos subtemas la importancia que tiene la hidrulica de perforacin dentro del campo petrolero, sin duda alguna es una herramienta til para el desarrollo de las diversas actividades que se realizan durante la perforacin tanto terrestre como marino. Los parmetros de hidrulica dependen del funcionamiento adecuado de todos los elementos que intervienen en la operacin. En perforacin, los parmetros de hidrulica se aplican en base a las condiciones y a las necesidades en tiempo real de la operacin, a las disposiciones mecnicas de los equipos del taladro y a los parmetros mximos permisibles para evitar daos en la formacin.

BIBLIOGRAFA http://achjij.blogspot.mx/2014/12/reologia-e-hidraulica-de-los-fluidos-de.html http://perfonor.blogspot.mx/2011/05/hidraulica-de-perforacion.html. http://achjij.blogspot.mx/2011/11/introduccion-la-hidraulica-de.html https://prezi.com/dkxwxlnb7xlr/hidraulica-de-la-perforacion/

LETICIA MARTNEZ MONTEJO