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Hidráulica de Perforación

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by

Sebastián Onieva

on 6 June 2013

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Transcript of Hidráulica de Perforación

Los fluidos de perforación desempeñan un papel muy importante durante la operación de perforación "Es todo lo que tiene que ver con el estudio de la remoción de partículas dentro del pozo" Comisión 5 "Escuela de Company Man" Hidráulica de Perforación AGENDA Tipos de lodos
Funciones de los lodos
Propiedades de los lodos
Pérdida de presión y densidad equivalente de circulación
Optimización hidráulica Optimización hidráulica

1-contener los fluidos de formación en su lugar
2-suministrar una acción rápida limpiadora al trepano
3-transportar los recorte del fondo a superficie
4-estabilizar la pared del pozo y evitar derrumbes
5-enfriar y lubricar el trepano
6-optimizar la hidráulica del trepano Datos para un programa hidráulico.

Determinar la max presión de operación de la bba y velocidad max (emb/min)
Estimar la eficiencia volumétrica de la bba
Seleccionar las conexiones de superficie
Determinar el tamaño tipo y peso de la columna de perforación
Tipos de fluido de perforación
Propiedades reologicas
Densidad final
Q de flujo para obtener una velocidad adecuada
Calcular las perdidas de carga en todas las secciones del pozo según el caudal seleccionado, comparar dichas perdidad, si la presión disponible del trepano cae entre 50 y 65 % calcular las boquillas si es menor a 50 % recalculo con otro caudal. Tipos de Lodos Funciones de los lodos Pérdida de presíon y densidad equivalente de circulación Lodos en base Agua:
Lodos de perforación que se clasifican por que su fase continua es agua (Dulce o salada).
Se clasifican en:
No dispersos /Dispersos.
Salinos.
Calcicos
Bajo en sólidos.
Poliméricos. Lodos no dispersos
Los lodos más sencillos base agua, son usualmente económicos.Los lodos no dispersos, ligeramente tratados se utilizan para :
• Secciones Superiores de agujero,
• Formaciones no reactivas.
• Los componentes principales de estos fluidos son:
• Arcillas de formaciones nativas, bentonita comercial, polímeros
• Adelgazantes orgánicos. Lodos dispersos:
Se utilizan para perforar a grandes profundidades o en formaciones altamente problemáticas. Presentan como características, la principal, la dispersión de arcillas constitutivas usando lignosulfonatos. Alta resistencia a la temperatura.
• Los lodos dispersos reducen la interacción química entre las formaciones sensibles al agua y lodo,
• El uso de lodos dispersos en fluidos de perforación base agua reduce el hinchamiento de las arcillas y lutitas reactivas (dispersables),
• Dispersores comunes:
• Polímeros,
• Cationes (tales como el ión potasio del KCl)• Glicoles. Lodos Salinos
Son aquellos cuya fase continua es agua salada. Con una concentración mínima de 10000ppm de NaCl (1% en peso).Se usan para perforar formaciones salinas o formaciones afectadas por la presencia de agua dulce. Lodos Calados
Se obtienen por adición de cal apagada Ca(OH)2 y yeso en altas concentraciones. De esta forma la arcilla bentonítica sódica se transforma en arcilla cálcica (lodos calados).
Controla perforaciones de shale. Lodos con Materiales Poliméricos
Presentan compuestos químicos de Cadena larga y peso molecular larga.
Son polímeros; naturales semisintéticos, Sintéticos.
Contribuyen al: control de perdidas por filtrado, estabilidad térmica, resistencia ante contaminantes , protección de las zonas productoras, lubricar la broca, prevenir pegas, etc. Lodos de polímero• Los polímeros naturales y sintéticos se utilizan rutinariamente para:• Viscosidad• Control de Filtración,• Inhibición de lutitas. Lodo Base de Aceite• Los fluidos de perforación en base de aceite son:• Altamente inhibidos,• Resistentes a contaminaciones,• Estables a altas temperaturas y presiones,• De alta lubricidad,• No corrosivos. Lodo de Emulsión Invertida:
Pueden ser Normales (Aceite en Agua) o Invertidos.
Aumentan la velocidad de perforación.
Evitan la corrosión de la broca y sarta.
Evitan daño de formación
Evitan problemas de arcillas sensibles.
Son estables a altas temperaturas (200 ºF).
Su principal desventaja corresponden: costo inicial y mantenimiento, dificultad de identificar zona productoras por medio de los cortes. Lodos AireadosPuede ser un lodo base agua el cual se adhiere aire.Presenta menos presión hidráulica y tendencia a fracturar formaciones débiles.Reduce perdidas de circulación en áreas muy porosas y con bajo gradiente de fracturas.Peso de 4 a 6 lb/gal.Permite alcanzar altas ratas de perforación. 1.Sacar los recortes de terreno del pozo:
A medida que se generan recortes de terreno (cuttings) por la acción del trépano, o desmoronamientos por la condición del pozo, los mismos deben ser evacuados del pozo. 2.Controlar las Presiones de Formación:
Para asegurar una Perforación segura de pozos se debe evitar el ingreso de los Fluidos de Formación al pozo.Esto se logra mediante el aumento de la Densidad o Peso Específico del Fluido de Perforación. Se recomienda que la densidad esté 0,5 ppg por encima de la mayor Presión Poral esperada. 3.Suspender los recortes al interrumpir el bombeo, y permitir su facil remoción en superficie:El fluido de Perforación debe poder mantener en suspensión los recortes, los sólidos densificantes, y otros aditivos 4.Sellar las Formaciones Permeables:
Arenas agotadas/depletadas. Arenas Formaciones fisuradas. Fracturas. Cavernas. 5. Mantener la estabilidad del pozo
La estabilidad del pozo es un balance complejo de factores mecánicos (presiones y tensiones) y químicos. 6.Minimizar el Daño de FormaciónCualquier reducción en la Permeabilidad o Porosidad originales de las Formaciones implica una reducción en la Producción de Hidrocarburo, esto es llamado Daño de Formación. 7.Enfriar, lubricar y proteger el trépano y columna perforadoraLa circulación del lodo enfría el trépano, y la columna transfiriendo y evacuando el exceso de calor desde el trépano, y columna perforadora. 8.Transmitir Potencia hidráulica a motores de fondo y trépanoLa energía Hidráulica debe ser aprovechada para maximizar las ROP, y a facilitar la remoción de los cuttings del frente del trépano. También provee la energía necesaria a los motores de fondo para rotar el trépano 9.Facilitar la evaluación de las Formaciones atravesadasLa evaluación exacta de la Formaciones atravesadas es clave para el éxito de la perforación, Completación y producción, sobre todo en pozos de exploración. 10.Controlar la corrosión de las partes metálicasLa columna de perforación, la cañería, las bombas y líneas están en contacto permanente con el fluido de perforación, y son suceptibles a sufrir diferentes formas de corrosión que reducen su vida útil. 11.Facilitar la Cementación y Completación del pozo Lodo fácilmente desplazado sin canalización. Revoques finos, fáciles de eliminar.
Los aditivos del lodo no deberían afectar la química del cemento. 12.Minimizar el impacto sobre el Medio AmbienteAl perforar pozos se suelen atravesar napas de agua dulce, y eventualmente, al final del pozo, el lodo y los recortes se transforman en efluentes de la perforación. Es fundamental la disposición responsable de los mismos. El fluido base del lodo, así como los aditivos que se formulan, deben ser ambientalmente amigables. Luis Cornejo, Cristian Diez, Nicolás García, Elio Herrera y Sebastián Onieva Optimización Hidráulica Secuencia de cálculos

• Valores de “n” y “K”.
• Velocidad de propagación en el
medio.
• Viscosidad efectiva.
• Número de Reynolds.
• Factor de fricción (se usará una de dos
fórmulas diferentes, según el valor del
número de Reynolds).
• Pérdida de presión del intervalo
En el trepano se calcula:
Perdidad de presion a traves de las boquillas
Porcentaje de perdida de presion
Velocidad de toberas
Impacto hidraulico
Fuerza de impacto
Potencia hidraulica
Potencia hidraulica por pulg.cuadr.
Sumatoria de todas las caidas de presion Propiedades de los fluidos Propiedades Reológicas de la Inyección es el estudio de las propiedades de un fluido en movimiento. Ley de Newton : Los fluidos que su comportamiento responden a esta ley se denominan newtonianos (ej. Agua, petróleo) Los fluidos no newtonianos tienen la característica que su viscosidad varía permanentemente con el esfuerzo de corte aplicado. Fluidos Newtonianos Fluidos No Newtonianos Comportamiento de un fluido no Newtoniano Otra propiedad de los fluidos no newtonianos es la ¨fuerza de gel¨. La Parte de la física que estudia la parte de gel se conoce como tixotropía. La fuerza de gel puede ser mas o menos fuerte dependiendo del fluido 1.Gel progresivo
2.Gel frágil o débil Para que el lodo cumpla las funciones que se le exige:
•Debe tener alta capacidad de “acarreo”
•Debe tener propiedades lubricantes
•Debe tener capacidad de retener sólidos, estando el fluido estático
•Debe tener capacidad para formar reboque
•Debe tener capacidad de modificar su densidad a voluntad del usuario.
•No debe ser contaminante
•No debe ser alergénico para las personas que lo manipulean
Estado de flujo El estado de flujo es la condición con que circula un fluido dentro de una cañería. Viene dado por el número de Reynolds Flujo Laminar Flujo Turbulento Régimen laminar < 2000 < Transicional < 3000 < Régimen turbulento El principal aspecto de análisis de la hidráulica de la perforación es el acarreo de partículas desde el fondo del pozo a la superficie que se logra mediante el control de:
•La velocidad asencional de la inyección






•La reología de la inyección
•El régimen de flujo de circulación
Sistema de Circulación Pérdidas en el Sistema de Circulación Márgen Operativo de las Presiones de Lodo Densidad Equivalente de Circulación Es la suma de pérdidas de presión en el espacio anular
· Densidad del lodo.
· Pérdidas de presión en el espacio anular Pa.
· Geometría del agujero, viscosidad efectiva,temperatura, presión, caudal
· Velocidad de penetración y tamaños de los recortes
· Eficiencia de la limpieza del agujero Profundidad vertical verdadera en pies Pérdida de la presión en el espacio anular Densidad del lodo en el pozo en lbs/gal Pérdida de la presión en el espacio anular Factores que afectan la DEC: Pérdida de presión en el equipo de la superficie: · De la bomba al “stand pipe”, manguera rotaria, Kelly o Top Drive, hasta la parte superior de la tubería deperforación. Pérdida de presión a través de la sarta de perforación Pérdida de presión en las herramientas de fondo: · Motor de Fondo / Turbinas
· Amortiguadores / Martillos de Perforación
· MWD / LWD. Pérdida de presión a través de las toberas en el trépano
Pérdidas de presión en el espacio anular Perdidas Críticas en el Sistema de Circulación son:
Presión total del sistema (presión de bombeo)
Pérdida de presión a través del trépano
Pérdida de presión anular (convertida en DEC) Presión a través del trépano Por potencia de la Bomba Caudal o tasa de bombeo en galones por minuto, gpm Diámetro de las toberas en 1/32 de pulgada Pérdida de presión en la barrena en psi Densidad del lodo en ppg Presión a través de la bomba Por potencia o fricción en las toberas Pérdida de presión en el trépano en psi Potencia hidráulica Caudal o tasa de bombeo en gpm. Potencia hidráulica HHP en el Trépano = HHP en la Bomba = Pérdida total de presión en el sistema, psi Caudal o tasa de bombeo en gpm.
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