Hidraulica

HIDRAULICAHIDRAULICA

ING. Esteban Casanova

INTRODUCCIÓN

La hidráulica en la perforación de pozos se refiere a la interrelación de los efectos de viscosidad, tasa de flujo y presión de circulación sobre el comportamiento eficiente del fluido de perforación. La determinación de la presión mientras se circula un fluido en un pozo, a una tasa dada, es muy compleja debido a que la mayoría de los fluidos utilizados para perforar son no-newtonianos, lo que hace que el tratamiento matemático del problema sea muy difícil de formular. A pesar de ello los cálculos de las presiones en el sistema de circulación son importantes y esenciales para determinar los requerimientos operacionales de la bomba, la tasa de flujo óptima y los diámetros óptimos de los orificios de la mecha que generan una tasa de perforación máxima.

TRAYECTORIA DE POZOS PETROLEROS

Tipo Tangencial.

La desviación deseada es obtenida a una profundidad relativamente somera, manteniéndose prácticamente constante hasta alcanzar la profundidad final. Se aplica especialmente en aquellos pozos que permiten explotar arenas de poca profundidad donde el ángulo de desviación es pequeño y no se necesita un revestidor intermedio.

Tipo “S”

Este tipo de pozo direccional se caracteriza por presentar una sección de aumento de ángulo, una sección tangencial y una de disminución de ángulo hasta alcanzar la verticalidad.Se emplea en hoyos profundos en áreas en las cuales las dificultades con gas, flujo de agua, etc., exigen la colocación de una tubería de revestimiento intermedia.

PERFIL HORIZONTAL

Son pozos perforados horizontalmente o paralelo a la zona productora con la finalidad de tener mayor área

de producción.

FUNDAMENTOS DE LA HIDRAULICA

HIDRAULICA DE PERFORACIÓN

INTRODUCCIÓN La hidráulica en la perforación de pozos se refiere a la interrelación de los

efectos de viscosidad, tasa de flujo y presión de circulación sobre el comportamiento eficiente del fluido de perforación. La determinación de la presión mientras se circula un fluido en un pozo, a una tasa dada, es muy compleja debido a que la mayoría de los fluidos utilizados para perforar son no-newtonianos, lo que hace que el tratamiento matemático del problema sea muy difícil de formular. A pesar de ello los cálculos de las presiones en el sistema de circulación son importantes y esenciales para determinar los requerimientos operacionales de la bomba, la tasa de flujo óptima y los diámetros óptimos de los orificios de la Barrena que generan una tasa de perforación máxima.

1. Sistema de Circulación - Descripción del Sistema Partes del sistema: En la perforación de los

pozos por el método rotatorio se circula un fluido a través de un sistema que se conoce con el nombre de sistema de circulación.

Partes Uso

Tanques Almacenan, reacondicionan y permiten la succión del lodo.

Bombas Transmiten energía al fluido de perforación.

Conexiones superficiales

Permiten conectar la bomba con la sarta de perforación. Están constituidas por el tubo vertical, la manguera de perforación, la unión giratoria y el cuadrante.

Sarta de perforación Conecta la superficie con el fondo del pozo, permitiendo la penetración y profundización del mismo. Está constituida principalmente por la tubería de perforación, lastra-barrenas y la barrena.

Espacio anular A través de él regresan a la superficie el fluido y los cortes de formación que produce la barrena.

Equipo de control de sólidos

Permite sacar del sistema los cortes o el ripio que produce la mecha. Está constituido por la zaranda, limpiadores de lodo, desarenadores, deslimadores y centrífugas decantadoras.

2. Bombas de PerforaciónGeneralidades Tipos

Las bombas para perforar son de pistón y pueden ser: dobles (dos pistones) o triples (tres pistones).

Función

Las bombas se utilizan para transmitir al fluido la energía necesaria para vencer las pérdidas de presión por fricción en cada parte del sistema.

REOLOGÍA DE LOS FLUIDOS DE

PERFORACIÓN

La Reología y la Hidráulica son estudios del comportamiento del fluido que están relacionados entre sí. La Reología es el estudio de la manera en que la materia se deforma y fluye. Se trata de una disciplina que analiza principalmente la relación entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte, y el impacto que éstos tienen sobre las características de flujo dentro de los materiales tubulares y los espacios anulares. La Hidráulica describe la manera en que el flujo de fluido crea y utiliza las presiones. En los fluidos de perforación, el comportamiento de flujo del fluido debe ser descrito usando modelos reológicos y ecuaciones, antes de poder aplicar las ecuaciones de hidráulica.

VISCOSIDAD PLÁSTICA La viscosidad plástica (VP) en centipoise (cps) se calcula a partir de

los datos del viscosímetro de lodo, como:

La viscosidad plástica se describe generalmente como la parte de la resistencia al flujo que es causada por la fricción mecánica. La viscosidad plástica es afectada principalmente por:

• La concentración de sólidos.• El tamaño y la forma de los sólidos.• La viscosidad de la fase fluida.• Las relaciones aceite-agua (A/A) o Sintético-Agua (S/A) en los fluidos

de emulsión inversa.

La fase sólida es lo que más interesa al ingeniero de fluidos. Un aumento de la viscosidad plástica puede significar un aumento en el porcentaje en volumen de sólidos, una reducción del tamaño de las partículas de los sólidos, un cambio de la forma de las partículas o una combinación de estos efectos.

Algunos de los sólidos contenidos en el fluido están presentes porque fueron añadidos intencionalmente. Por ejemplo, la Bentonita es eficaz para aumentar la viscosidad y reducir la pérdida de fluidos, mientras que la Barita es necesaria para aumentar la densidad. Como regla general, la viscosidad del fluido no debería ser más alta que la que se requiere para la limpieza del pozo y la suspensión de barita. Cuando un fluido no está cumpliendo estas funciones, lo más conveniente sería aumentar el punto cedente y los valores de bajo esfuerzo de corte (6 y 3 RPM) y no la viscosidad plástica.

Sin embargo, los sólidos perforados afectan negativamente las propiedades reológicas y no son convenientes. Estos sólidos son continuamente añadidos al fluido durante la perforación, causando un aumento de la concentración de sólidos. Si no son eliminados rápidamente, los sólidos siguen dividiéndose en partículas más pequeñas al ser circulados y recirculados a través del sistema. Problemas de viscosidad surgirán si los sólidos perforados no son controlados.

Los sólidos perforados pueden ser controlados de tres maneras:1. Control mecánico de los sólidos.2. Asentamiento.3. Dilución o desplazamiento.

La viscosidad plástica también depende de la viscosidad de la fase fluida. Cuando la viscosidad del agua disminuye a medida que la temperatura aumenta, la viscosidad plástica disminuye proporcionalmente. Las salmueras tienen viscosidades más altas que los fluidos de agua dulce. El aceite emulsionado en los fluidos base agua también actúa como un sólido y afectará la viscosidad plástica del fluido.

Como regla general, la viscosidad plástica debería ser mantenida al nivel más bajo posible en todos los casos, porque una baja viscosidad plástica puede aumentar la energía proporcionada a la mecha, mejorar el flujo en el espacio anular para la limpieza del pozo, y reducir el uso y desgaste de los equipos, así como el consumo de combustible. Un límite superior práctico para la viscosidad plástica es el doble del peso del fluido (lbs/gal). Aunque este valor parezca restrictivo en lo que se refiere a los altos pesos de fluido, los sólidos se ven tan apretados por el material densificante, que estos fluidos tienen una tolerancia muy baja respecto a los sólidos de perforación. La viscosidad plástica constituye una buena aproximación de la viscosidad a través de los chorros de la mecha.

PUNTO CEDENTE

El Punto Cedente (PC) en libras por 100 pies cuadrados (lbs/100 pies2) se calcula a partir de los datos del viscosímetro FANN (VG), de la siguiente manera:

PC (lbs/100 pies2) = 2 x Θ300 – Θ600 o

PC (lbs/100 pies2) = Θ300 – VP

El Punto Cedente, segundo componente de la resistencia al flujo en un fluido de perforación, es una medida de las fuerzas electroquímicas o de atracción en un fluido. Estas fuerzas son el resultado de las cargas negativas y positivas ubicadas en o cerca de las superficies de las partículas. El punto cedente es una medida de estas fuerzas bajo las condiciones de flujo, y depende de: (1) las propiedades superficiales de los sólidos del fluido, (2) la concentración volumétrica de los sólidos, y (3) el ambiente eléctrico de estos sólidos (concentración y tipos de iones en la fase fluida del fluido).

El punto cedente es la parte de la resistencia al flujo que se puede controlar con un tratamiento químico apropiado. El punto cedente disminuye a medida que las fuerzas de atracción son reducidas mediante el tratamiento químico. La reducción del punto cedente también reducirá la viscosidad aparente.

El punto cedente es usado frecuentemente como indicador de las características de dilución por esfuerzo de corte de un fluido y de su capacidad de suspender el material densificante y retirar los recortes del pozo.

FLUIDOS DE PERFORACION

DEFINICION

El lodo de perforación es un fluido, de características físicas y químicas apropiadas, que puede ser base agua o base aceite; de aire; gas o combinaciones de agua y aceite (lodo invertido) con diferente contenido de sólidos. No debe ser tóxico, corrosivo ni inflamable; pero sí inerte a las contaminaciones de sales solubles o minerales, y además, estable a las temperaturas. Debe mantener sus propiedades según las exigencias de las operaciones y debe ser inmune al desarrollo de bacterias.

El propósito fundamental del lodo es ayudar a hacer rápida y segura la

perforación, mediante el cumplimiento de ciertas funciones. Sus propiedades deben ser determinadas por distintos ensayos y es responsabilidad del encargado en lodos durante la operación, comparar las propiedades a la entrada y salida del hoyo para realizar los ajustes necesarios. Si el lodo falla en satisfacer una u otra función, se puede cambiar su composición o mejorarse agregándole agua, arcillas comerciales, material densificante o algún producto químico.

FUNCIONES

Remover y transportar los cortes hechos por la barrena del fondo del hoyo hacia la superficie.

En la perforación de una formación, los cortes hechos por la barrena, o en algunos casos pedazos de la formación provenientes de las paredes del hoyo al ocurrir algún derrumbe, deben ser continuamente retirados desde el hoyo hasta la superficie. El cumplimiento de ésta función depende de factores como: densidad, viscosidad del fluido, velocidad anular y tamaño de los cortes.

Enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforación.

La fricción originada por el contacto de la barrena y la sarta de perforación con las formaciones genera una cantidad considerable de calor, por tal razón, los lodos deben tener suficiente capacidad calorífica y conductividad térmica para permitir que el calor sea recogido del fondo del pozo, para transportarlo a la superficie y disiparlo a la atmósfera. En cierto grado, por si mismo, el lodo actúa como lubricante y ésta característica puede ser incrementada mediante el uso de emulsionantes o aditivos especiales que afectan la tensión superficial.

FUNCIONES

Cubrir la pared del hoyo con un revoque liso, delgado, flexible e impermeable.

Un revoque con estas características ayuda a minimizar los problemas de derrumbe y atascamiento de la tubería o su adhesión a la pared del hoyo.

Controlar las presiones de las formaciones.

La presión hidrostática ejercida por la columna de lodo debe controlar la presión de las formaciones. El gradiente normal de presión es 0.465 lbs/pulg2/pie y equivale a un peso de 8.9 lbs/gal (1.06 gr/cc). El control de las presiones anormales requiere que se agregue al lodo material de alta gravedad específica (como Baritina, Hematita, etc.) para aumentar su densidad.

FUNCIONES

Mantener en suspensión los recortes y el material densificante cuando se interrumpe la circulación.

La capacidad que tiene el lodo de desarrollar resistencia gel con el tiempo (propiedad trixotrópica), permite mantener en suspensión las partículas sólidas cuando se interrumpe la circulación para luego depositarlas en la superficie cuando ésta se reinicia y en especial al material densificante.

Soportar parte del peso de la sarta de perforación y de la tubería de revestimiento durante su inserción en el hoyo.

El peso de la sarta de perforación y de la tubería de revestimiento en el lodo, es igual a su peso en el aire multiplicado por el factor de flotación. A medida que aumenta el peso del lodo disminuye el peso de la tubería.

FUNCIONES

Mantener en sitio y estabilizada la pared del hoyo evitando derrumbes.

Además de mantener en sitio y estabilizada la pared del hoyo para evitar derrumbes; el lodo debe ofrecer máxima protección para no dañar formaciones productivas durante la perforación.

Facilitar la máxima obtención de información deseada acerca de las formaciones perforadas.

Las características físicas y químicas del lodo deben ser tales, que puedan permitir la obtención de toda la información geológica necesaria para valorar la capacidad productiva de las formaciones atravesadas, mejores registros eléctricos y la toma de núcleos.

FUNCIONES

Transmitir potencia hidráulica a la barrena.El fluido de perforación es el medio por el cual se transmite, a través de la barrena, la potencia hidráulica al fondo del hoyo desde la superficie. Debido a que las propiedades reológicas ejercen una influencia considerable sobre la potencia hidráulica aplicada, éstas deben mantenerse en valores adecuados.

FUNCIONES

PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

• • DENSIDAD DEL LODO: • La función principal de la densidad es mantener los fluidos

contenidos dentro del hoyo en el yacimiento durante la perforación. Adicionalmente, mantiene las paredes del hoyo al transmitir la presión requerida por las mismas. Para prevenir la entrada de fluidos desde la formación al hoyo, el lodo debe proveer una presión ligeramente mayor a la presión de poros encontrada en los estratos a ser perforados. Un exceso de la densidad del fluido puede ocasionar la fractura de la formación con la consiguiente pérdida de fluido de control.

CONTENIDO DE SÓLIDOS

En un fluido de perforación existen sólidos deseables como la arcilla y la barita, y sólidos indeseables como ripios y arena, los cuales hay que eliminar del sistema, para ello se utilizan métodos con el fin de mantener el porcentaje de sólidos en los fluidos de perforación en los rangos correspondientes al peso del lodo en cuestión.

ACONDICIONAMIENTO DEL LODO Y EQUIPOS DE CIRCULACION

• • Área de acondicionamiento del lodo:

Constituida por una serie de equipos que permiten acondicionar el lodo eliminándole gran cantidad de sólidos indeseables que han sido incorporados durante la perforación:

• Tanques de asentamiento: Permite la deposición de sólidos por gravedad durante el proceso de tratamiento de lodo.

• Zarandas Vibratorias: Separan los ripios cortados al hacer pasar el lodo que viene del pozo a través de una malla o tamiz vibrador. La eliminación de sólidos indeseables es de vital importancia para el buen funcionamiento del lodo durante la perforación. Las mallas utilizadas son intercambiables y de su tamaño dependerá de la presencia o no de sólidos en el sistema.


• Desarenadores (Desander): Equipos de control de sólidos que permiten separar la arena contenida en el lodo producto de la perforación. Funcionan a través del principio de fuerza centrífuga ejercida sobre el fluido de perforación

• Separador de sólidos (Desilter): Separa partículas provenientes de la formación y que no han podido ser separadas por los otros equipos de control de sólidos


Equipos de circulación: Permiten movilizar el fluido de perforación a través de todo el sistema de circulación. Dentro de los componentes principales se encuentran:

Bombas de lodo: Constituyen el eje principal del sistema de circulación y tiene como función principal manejar los volúmenes de lodo requeridos durante la perforación de un pozo.


• Líneas de descarga y retorno: Conectan las líneas que transportan el lodo bajo presión. Las líneas de descarga llevan el lodo fresco y tratado a la sarta de perforación, mientras que las líneas de retorno llevan el lodo conteniendo ripios y gases por gravedad desde la boca del pozo al área de acondicionamiento.


• Tubo vertical (stand pipe): Conecta la línea de descarga con la manguera rotatoria para transportar el lodo hasta la unión giratoria.


• Manguera rotatoria: Manguera de goma con extremo muy fuerte, flexible y reforzada que conecta el tubo vertical en la unión giratoria. Debe ser flexible para permitir el movimiento vertical libremente.

TIPOS DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN BASADOS EN EL COMPORTAMIENTO

REOLOGICO O CARACTERISTICAS DE FLUJO

FLUIDOS DE PERFORACIÓN

CLASIFICACIÓN Los fluidos que circulan durante la perforación de un pozo se

pueden clasificar según el comportamiento reológico o características de flujo, es decir, según la relación entre el esfuerzo de corte y velocidad o tasa de corte. De acuerdo con este criterio hay dos clases de fluidos:

• Fluidos Newtonianos.• Fluidos no Newtonianos.


FLUIDOS NEWTONIANOS Son aquellos en los cuales el esfuerzo de corte es directamente

proporcional a la tasa o velocidad de corte ejemplos: agua, diesel, glicerina.

FLUÍDOS NO NEWTONIANOS Son los que presentan una amplia variedad de relaciones entre el

esfuerzo de corte y la tasa o velocidad de corte ejemplos: lodos de perforación, lechadas de cemento, etc. Estos tipos de fluidos se subdividen, a su vez, en: plásticos, pseudoplásticos, tixotropicos y dilatantes.


RÉGIMEN DE FLUJO

RÉGIMEN DE FLUJO

Flujo

• El flujo es el movimiento de un fluido, el cual depende de la velocidad y de las propiedades del mismo.

• Régimen El régimen de flujo varía de acuerdo al tipo

de fluido: Newtonianos y No Newtonianos.

RÉGIMEN DE FLUJO

En fluidos Newtonianos: Los fluidos Newtonianos exhiben dos régimen de flujo:

• Laminar. • Turbulento.

En fluidos No Newtonianos: Los fluidos no newtonianos, dependiendo de la velocidad de flujo, exhiben tres regímenes:

• Tapón.• Laminar. • Turbulento.

RÉGIMEN DE FLUJO

Tipos de régimen de flujo• Flujo Tapón: En el flujo

tapón, las partículas se desplazan en línea recta a velocidad constante. Esto produce un perfil de velocidad plano, con una velocidad menor en la pared que en el centro del espacio anular.

RÉGIMEN DE FLUJO

• Flujo Laminar: En este tipo de flujo las

partículas se desplazan en línea recta, pero la velocidad no es constante. La velocidad en la pared llega a cero, mientras que la velocidad en cualquier punto separado de la pared, es proporcional a la tasa volumétrica promedio, e inversamente equivalente a la viscosidad. Esto da un perfil de velocidad parabólico.

RÉGIMEN DE FLUJO

• Flujo Laminar Perfil adimensional de velocidad, correspondiente

al flujo laminar de un fluido No Newtoniano

RÉGIMEN DE FLUJO

• Flujo Turbulento En flujo turbulento las partículas

no se mueven en línea recta, sino que viajan de desordenadamente a velocidades diferentes en forma de remolino. Esta velocidad aumenta rápidamente en las zonas separadas de la pared y se hacen constantes para la masa principal del fluido.

El flujo turbulento es el más efectivo para la remoción de los sólidos, pero causa el ensanchamiento o lavado del hoyo.

RÉGIMEN DE FLUJO

NÚMERO DE REYNOLS

• La transición entre régimenes de flujo a una velocidad crítica controlada por la relación entre fuerza y viscosidad, es llamada comúnmente, Número de Reynolds.

Este número es adimensional y toma en consideración factores básicos de flujo en tubería como diámetro, velocidad, densidad y viscosidad. Esta definido como:

N Re = VD

Donde: V: Velocidad promedio del fluido. (pies/seg)D: Diámetro interno de la tubería. (pulg): Densidad del fluido. (lbs/gal)µ: Viscosidad del fluido. (cps)

RÉGIMEN DE FLUJO

• Régimen de flujo en fluidos Newtonianos El régimen de flujo en fluidos Newtonianos se

determina, de acuerdo al Número de Reynolds, de la siguiente manera:

N Re < 2000 Flujo laminarN Re >2000 pero < 4000 Flujo transiciónN Re > 4000 Flujo turbulento

RÉGIMEN DE FLUJO Régimen de flujo en fluidos No Newtonianos: Los fluidos no Newtonianos carecen de

viscosidad absoluta, por lo tanto el régimen de flujo se determina con base a la relación entre esfuerzo de corte (EC) y tasa de corte (TC), de acuerdo a los modelos reológicos existentes. También se puede determinar comparando la velocidad anular con la crítica, de modo que:

Sí Va < Vc Flujo Laminar Sí Va > Vc Flujo Turbulento

Donde: Va: Velocidad anular, (pie/min) Vc: Velocidad critica, (pie/min) La velocidad anular (Va) se calcula a través de la siguiente ecuación:

Donde: Q: Caudal, (gal/min)Dh: Diámetro del hoyo, pulg. Dt: Diámetro externo de la tubería, (pulg).

2 2

24 5 / min. x QVa pieDh - Dt

El efecto de “n” sobre el perfil de flujo y el perfil de velocidad es muy importante para los fluidos no newtonianos que disminuyen su viscosidad con el esfuerzo de corte. A medida que el perfil de viscosidad se aplana ver la siguiente figura, la velocidad del fluido aumenta sobre un área más grande del espacio anular, lo cual aumenta considerablemente la limpieza del pozo. Ésta es una de las razones por las cuales los fluidos de bajo valor de “n” proporcionan una buena limpieza del pozo.

El índice de consistencia “K” es la viscosidad a una velocidad de corte de un segundo recíproco (seg-1). Este índice está relacionado con la viscosidad de un fluido a bajas velocidades de corte. La eficacia con la cual un fluido limpia el pozo y suspende los materiales densificantes y los recortes puede ser mejorada aumentando el valor de “K”.

RELACIÓN ENTRE (K, n) y (VP, PC)

En los fluidos de perforación a base de arcilla, tanto la viscosidad plástica (VP) como el punto cedente del lodo (PC) indicados en la siguiente figura afectan el coeficiente “K”. Se muestran tres casos: (1) acumulación de sólidos, (2) disminución de sólidos, y (3) floculación causada por la contaminación.

Esta figura muestra las curvas de consistencia correspondientes a los modelos: Plástico de Bingham y Ley de Potencia, explicados anteriormente.

PÉRDIDA DE PRESIÓN EN EL SISTEMA DE CIRCULACIÓN


• IntroducciónDurante las operaciones de perforación se trata de optimar las pérdidas de presión, en el sistema de circulación para obtener máxima potencia y máximo impacto hidráulico, que aunado a las condiciones reológicas del fluido, permita la mejor limpieza del hoyo.


Pérdida de presiónPara determinar las pérdidas de presión es

necesario conocer el comportamiento real del fluido a través del espacio anular, de acuerdo a los modelos reológicos existentes y determinar con base al Número de Reynolds, su régimen de flujo.

DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACIÓN (DEC)


• IntroducciónCuando el fluido de perforación circula a través del hoyo, la presión de circulación debe ser suficiente para vencer las pérdidas de presión por fricción a través de todo el sistema de circulación, sino también la presión hidrostática y la pérdida por fricción en el anular.La presión requerida para vencer la pérdida total por fricción agregada a la presión hidrostática del fluido, es la densidad equivalente de circulación.


• Definición La densidad equivalente de circulación,

es la presión hidráulica efectiva ejercida por el fluido. En otras palabras, es la densidad o peso real del fluido aplicado contra la formación en condiciones dinámicas.


• CálculoLa DEC, combina la densidad del fluido con la fuerza requerida para circular el fluido a través del sistema de circulación, y su magnitud depende del tipo de flujo y de las propiedades del fluido.La fórmula utilizada para determina la densidad equivalente de circulación se puede expresar como:

• Donde: 0 : Densidad original del fluido, (lbs/gal)

hv: Profundidad vertical, (pies)

0v

Pérdidas de Presión en el anular0.052 * h

DEC


Las pérdidas de presión producidas por flujo turbulento, son considerablemente más elevadas, que las que se producen en flujo laminar. En flujo turbulento se logra disminuir la caída de presión disminuyendo la velocidad de circulación y en flujo laminar bajando el punto cedente. Los cambios en las propiedades del fluido tienen influencia mínima sobre la reducción de las caídas de presión, cuando se tiene flujo turbulento. Las caídas de presión calculadas con el modelo reológico de Bingham para flujo laminar, resultan mayores a las reales. Por lo tanto, la DEC calculada con este modelo, resulta mayorLa DEC, debe mantenerse en rango de valores aceptables sobre todo cuando se perforan yacimientos agotados o con bajos gradientes de presión para minimizar las pérdidas de circulación, las cuales constituyen un problema potencial en este tipo de yacimiento.

Densidad equivalente de circulación (DEC)

EjercicioCalcular la densidad equivalente de circulación con base a los siguientes datos:

hv = 13000'

o = 12.2 lbs/gal ∆Pa = 600 lpc

SoluciónDEC = 12.2 + (600 / 0.052 x 13000) = 13 lbs/gal

OPTIMACION DE LA HIDRAULICA

CÁLCULOS DE HIDRÁULICA

Una vez que las propiedades reológicas para un fluido han sido determinadas y modeladas para predecir el comportamiento del flujo, los cálculos de hidráulica son realizados para determinar el efecto que este fluido en particular tendrá sobre las presiones del sistema. Las presiones críticas son la presión total del sistema (presión de bombeo), la pérdida de presión a través de la mecha y la pérdida de presión anular (convertida en Densidad Equivalente de Circulación).Muchos pozos son perforados bajo limitaciones de presión impuestas por el equipo de perforación y los equipos conexos. Las presiones nominales de las camisas interiores de las bombas y de los equipos superficiales, así como el número de bombas disponibles, limitan el sistema de circulación a una presión máxima admisible de circulación.


A medida que los pozos son perforados a mayores profundidades y que se instala la tubería de revestimiento, el caudal disminuye dentro de los pozos de diámetro reducido. Las presiones de circulación aumentarán debido al aumento de la longitud de la columna de perforación y del espacio anular, y posiblemente debido a la reducción del diámetro de la columna de perforación. Las camisas interiores de las bombas de lodo serán cambiadas de manera que tengan diámetros más pequeños y presiones nominales más altas. Esto aumentará la presión máxima admisible de circulación. Cualesquiera que sean las condiciones del pozo, la presión máxima admisible de circulación impone un límite teórico sobre el caudal.


Las presiones de circulación, y por consiguiente el caudal, están directamente relacionadas con la geometría del pozo y de los materiales tubulares utilizados, incluyendo el equipo especial del Conjunto de Fondo (BHA), así como la densidad y las propiedades reológicas del fluido. Por lo tanto, resulta imprescindible optimizar la hidráulica del fluido de perforación mediante el control de las propiedades reológicas del fluido de perforación para evitar alcanzar este límite teórico. Esto es particularmente cierto en el caso de la perforación de alcance extendido.


PAUTAS PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LA HIDRÁULICA

La presión máxima admisible de circulación y la velocidad de circulación son recursos limitados que pueden ser desperdiciados o aprovechados al máximo. La reología y los cálculos de hidráulica proporcionan los medios necesarios para ajustar las propiedades del lodo, el caudal y los chorros de la mecha con el fin de optimizar estos recursos bajos las restricciones impuestas por los aparatos del equipo de perforación. El objetivo principal de la optimización de la hidráulica es lograr un equilibrio entre el control del pozo, la limpieza del pozo, la presión de bombeo, la Densidad Equivalente de Circulación (DEC) y la caída de presión a través de la mecha.


La densidad y las propiedades reológicas del fluido son los parámetros que afectan esta eficacia hidráulica. Si se supone que la densidad del fluido es mantenida a un nivel mínimo seguro para el control del pozo y la estabilidad del pozo, entonces la optimización de la hidráulica depende de las propiedades reológicas del fluido y del caudal. En muchos casos, los equipos de fondo tales como los motores de fondo, impulsores e instrumentos de medición al perforar (MWD y LWD) y registro al perforar, requieren un caudal mínimo para funcionar correctamente. Esto hace que las propiedades reológicas del fluido constituyan la única variable en el proceso de optimización.


PÉRDIDAS DE PRESIÓN DEL EQUIPO SUPERFICIAL

Las pérdidas de presión superficiales incluyen las pérdidas entre el manómetro del tubo vertical y la tubería de perforación. Esto incluye el tubo vertical, la manguera del kelly, la unión giratoria y el kelly o la rotaria viajera (top drive). Para calcular la pérdida de presión en las conexiones superficiales, utilizar la fórmula para tuberías de API para la pérdida de presión en la tubería de perforación. Las geometrías comunes del equipo superficial están indicadas en la siguiente tabla.


CONEXIONES SUPERFICIALES DE LA ROTARIA VIAJERA (TOP DRIVE)

Actualmente no hay ningún caso estándar para las unidades de rotaria viajera. Las conexiones superficiales de la mayoría de estas unidades se componen de un tubo vertical de 86 pies y 86 pies de manguera con un diámetro interior (DI) de 3,0 ó 3,8 pulgadas. Además, hay una tubería en “S” que es diferente en casi todos los equipos de perforación.


PÉRDIDAS DE PRESIÓN DE LA COLUMNA DE PERFORACIÓN

La pérdida de presión en la columna de perforación es igual a la suma de las pérdidas de presión en todos los intervalos de la columna de perforación, incluyendo la tubería de perforación, los portamechas, los motores de fondo, las herramientas de MWD/LWD/PWD o cualquier otra herramienta de fondo


PÉRDIDAS DE PRESIÓN A TRAVÉS DE LOS MOTORES Y DE LAS HERRAMIENTAS

Si la columna de perforación contiene un motor de fondo; una herramienta de MWD, LWD o PWD; una turbina o un impulsor, sus pérdidas de presión deben estar incluidas en las pérdidas de presión del sistema para calcular la hidráulica del sistema. Las pérdidas de presión pueden afectar considerablemente la presión disponible en la mecha, así como derivar el flujo alrededor de la mecha. La pérdida de presión a través de las herramientas de MWD y LWD varía considerablemente según el peso del lodo, las propiedades del lodo, el caudal, el diseño de la herramienta, el tamaño de la herramienta y la velocidad de transmisión de datos. Algunos fabricantes publican pérdidas de presión para sus herramientas, pero estas pérdidas de presión pueden ser estimadas por lo bajo, porque son generalmente determinadas con agua.


La pérdida de presión a través de Motores de Desplazamiento Positivo (PDM), impulsores y turbinas es más grande que las pérdidas a través de las herramientas de MWD y LWD, y es afectada por más variables. Con un PDM o impulsor, el peso adicional sobre la mecha aumenta el torque y la pérdida de presión a través del motor. La caída de presión a través de una turbina es proporcional al caudal, al peso del lodo y al número de etapas de accionamiento de la turbina. La pérdida de presión a través de los motores y las turbinas no se puede determinar con precisión usando fórmulas; sin embargo, estos datos de pérdida de presión también pueden ser obtenidos de los proveedores.

MECHAS DE MECHAS DE PERFORACIÓNPERFORACIÓN

DISEÑO Y SELECCIÓN DE MECHAS

MECHAS DE PERFORACIÓN

Es el elemento cortante o herramienta que perfora el hoyo en las operaciones de perforación.

La mecha está colocada en el extremo inferior de la columna de perforación. La mecha va haciendo cortes a medida que va rotando sobre la formación, bien sea raspando o fracturando dicha formación, ayudado por el peso que se ejerce hacía abajo proporcionado por los drill collars y la tubería extra pesada.

La eficiencia de cualquier operación de perforación depende mucho de la elección más adecuada del tipo de mecha por utilizar, de acuerdo con las condiciones de cada etapa del pozo por perforar. Los diferentes tipos de formaciones y las diferentes técnicas de perforación requieren del uso de diversos tipos de barrenas, para obtener resultados óptimos. Estos tipos de barrenas se obtienen variando ciertos factores de diseño, dentro de las limitaciones impuestas por la metalurgia, diámetro de la mecha y los criterios de diseño utilizado.

MECHAS

ELEMENTO CORTANTE O HERRAMIENTA QUE PERFORA EL HOYO EN LAS OPERACIONES DE

PERFORACIÓN.

PDCDE DIENTES IMPREGNADASDE INSERTOS

Diente Insertos PDC Diamante Natural

Formación Blanda Semi Dura Dura Extremadamente Dura

Mechas de Arrastre

MECHAS DE DIAMANTES NATURALES

Las Mechas de diamantes naturales están constituidas por muchos diamantes colocados en una matriz de carburo de tungsteno. Su mejor comportamiento lo obtienen en formaciones que no sean frágiles, de alta dureza y abrasividad.

En condiciones apropiadas de operación, solamente los diamantes entran en contacto con el fondo del hoyo, lo que deja una pequeña claridad entre la matriz y el fondo. Para dirigir el flujo sobre la cara de la Mecha se abren canales en la matriz, de modo que parte del fluído es forzado entre ella y el fondo del hoyo, lograndose así la limpieza y enfriamiento de los diamantes.

Mechas de Diamante Natural

Diamante Natural

MECÁNISMO DE CORTE (MECHAS DE DIAMANTES NATURALES)

El mecánismo de corte o forma de penetrar la formación de este tipo de mechas es por fricción o abrasión mecánica. Por esta razón, sólo se utilizan en formaciones de muy alta dureza y abrasividad, y se descartan en formaciones plasticas (arcillosas).

El tamaño y número de diamantes de la mecha depende de la dureza de la formación. Para formaciones duras se utilizan Mechas con muchas piedras pequeñas; mientras que para formaciones blandas, con pocas piedras de mayor tamaño.

MECANISMO DE CORTEMECHAS DE DIAMANTE NATURAL

MECANISMO DE CORTE: ABRASIÓNMECANISMO DE CORTE: ABRASIÓN

• • CUERPO DE MATRIZ DE CARBURO DE TUNGSTENO Y PERFIL

REDONDO• USA DE 6 A 9 PIEDRAS POR QUILATE

• • CUERPO DE MATRIZ DE CARBURO DE TUNGSTENO Y PERFIL

REDONDO•

• • CUERPO DE MATRIZ DE CARBURO DE TUNGSTENO Y PERFIL DOBLE• CÓNICO. USA DE 1 A 6 PIEDRAS POR QUILATE

• CUERPO DE MATRIZ DE CARBURO DE TUNGSTENO Y PERFIL• PARABÓLICO. USA 2 A 4 PIEDRAS POR QUILATE

MECHAS DE DIAMANTES POLICRISTALINOS (PDC)

Introducción Las mechas de diamantes

policristalinos (PDC) aparecieron en el mercado en los años 70. Su

elemento cortante lo constituye un disco o capa de diamante

policristalino sintético, adherido a un substrato de carburo de tungsteno

mediante un proceso de alta presión y temperatura.


Condiciones operacionales Las mechas PDC fueron diseñadas para obtener altas tasas de penetración en formaciones blandas, firmes y medianamente duras, no abrasivas. Las mismas no pueden usarse en formaciones duras y abrasivas por el hecho de que los cortadores PDC experimentan un excesivo desgaste mecánico, incrementado térmicamente por el calor generado por la fricción entre el cortador y la formación.


Perfil de la corona Además del perfil de doble cono usado en las mechas de diamantes, también se usan los perfiles de cono simple con diferentes ahusamientos y perfiles de fondo plano. Limpieza hidráulica Se realiza circulando fluidos a través de orificios en las mechas con cuerpo de acero y a través de canales en la matriz de carburo de tungsteno.


Tipos de cortadores En las mechas PDC es importante considerar el tamaño, la forma, el número de cortadores usados y los ángulos de ataque del cortador, los cuales dependen de las características de la formación que se va a perforar. .

Acero - Cort:13mm- G.A. Matrz -Cort:16-13mm-G.A.Matrz -Cort:16-13mm-G.A. Acero -Cort:16-13mm-G.A.Matrz - Cort:13mm- G.A.

MECHAS PDC Mecanismo de corteEl mecanismo de corte que se produce con estas mechas es por cizallamiento, que permite perforar la formación sin producir impacto en la misma. La ventaja que presenta es que se obtienen volúmenes de corte de apreciables magnitudes, aumentando consecuentemente la tasa de penetración.

MECANISMO DE CORTEMECHAS PDC

MECANISMO DE CORTE: CIZALLAMIENTOMECANISMO DE CORTE: CIZALLAMIENTO

MECHA TOMA NÚCLEOS

Mechas de Conos

MECHAS DE CONOS

La mecha de tres conos es, desde hace mucho tiempo, la más usada en las operaciones de perforación rotatoria debido a que utiliza una gran variedad de diseños de dientes y tipo de cojinetes que permiten su uso en muchos tipos de formaciones. Su caracteristica principal es la presencia de tres conos que giran alrededor de sus ejes a medida que la mecha lo hace sobre el fondo.

1 2

3

Punta de Lanza

Protección al Calibre

TIPOS DE CORTADORES(MECHAS TRICONICAS)

Otro aspecto importante en el diseño de las mechas de conos lo representa el tamaño de los dientes lo cual tiene gran efecto sobre la acción de perforación de la mecha. Para formaciones blandas se utilizan dientes largos y descentralizados, y para formaciones duras, dientes pequeños con menor descentralización. Si los dientes son de carburo de tungsteno (insertos), el extremo se diseña en forma de cincel para formaciones blandas y en forma de semiesfera para formaciones duras.

Mecanismo de Corte para Barrenas Ticónicas de Dientes

MECANISMO DE MECANISMO DE CORTE: PALEOCORTE: PALEO

MECANISMO DE CORTE

MECANISMO DE CORTE: MECANISMO DE CORTE: TRITURACIÓNTRITURACIÓN

MECHAS DE INSERTOS DE MECHAS DE INSERTOS DE CARBURO DE TUNGSTENO CARBURO DE TUNGSTENO

(TRICÓNICA)(TRICÓNICA)

Dientes

Insertos

PERFIL DE MECHAS DE INSERTOS

CONDICIONES OPERACIONALES (MECHAS DE CONOS)

La acción de perforación de este tipo de mecha depende básicamente de la descentralización de los conos (off set). Esto hace que el cono se detenga periódicamente cuando gira la mecha y raspe el fondo del hoyo, tal como lo hacen las mechas de arrastre, lo cual tiende a aumentar la velocidad de perforación en la mayoría de los tipos de formación. El ángulo de descentralización del cono varía desde alrededor de cuatro grados para formaciones blandas, hasta cero grado para formaciones duras.

Excentricidad (OFF-SET)

Distancia que hay del eje perpendicular del cono al centro de la Mecha

COJINETE

OPTIMACIÓN DE LA HIDRAULICA

OPTIMIZACIÓN DE LA HIDRÁULICA

Fundamentalmente la tasa de perforación de un pozo, está gobernada por la eficiencia en la remoción de ripios desde el fondo del hoyo, adicionalmente con una óptima combinación de velocidad de rotación y peso sobre la Barrena.

Un aumento en el porcentaje de ripios desalojados que pueden ser removidos por el fluido de perforación, antes que sean retornados al fondo, hace que aumente la eficiencia de limpieza y de cómo resultado una tasa de penetración mejorada.

Para obtener una apropiada remoción de ripios se diseñan los programas hidráulicos.


Estos programas establecen tasas de circulación y tamaños de chorros de la Mecha óptimos para un taladro dado, el cual tiene que perforar un cierto programa de pozos.

Los investigadores han diseñados diferentes teorías como base para el diseño de programas hidráulicos apropiados para Mechas triconicas.

Un método consiste en suministrar una Máxima Potencia Hidráulica en la Mecha. Este método está basado en la teoría de que la mejor manera para limpiar el fondo del pozo, es gastando la máxima energía disponible en el fondo.

El otro método es el de Máximo Impacto Hidráulico. El mismo está basado en la teoría de que los ripios son removidos más efectivamente, cuando la fuerza de impacto del fluido que sale de los chorros de la Barrena golpeando el fondo del pozo es máxima.



HIDRÁULICA PARA MECHAS DE CONOS Y “PDC”

Introducción La velocidad de penetración durante la perforación de un pozo depende fundamentalmente de la velocidad de rotación, del peso sobre la mecha y de la remoción eficiente del ripio por debajo de la misma.La optimación de la hidráulica es el uso eficiente y racional de la energía o presión de bomba necesaria para hacer circular el lodo a través del sistema de circulación, con el fin de obtener una apropiada remoción del ripio y, consecuentemente, mejorar la tasa de penetración de la mecha.


HIDRÁULICA EN MECHAS DE CONOS (TRICONICAS)IntroducciónPara realizar la optimación de la hidráulica en mechas triconicas los investigadores se basan en dos criterios para el diseño de los programas hidráulicos, los cuales son:

* Máxima potencia hidráulica en la mecha. * Máximo impacto hidráulico en el fondo del pozo.

CRITERIOS HIDRÁULICOS

Máxima Potencia Hidráulica La Máxima Potencia Hidráulica en la Barrena para condiciones

de presión de descarga constante, se obtendrá a tasa de circulación que produzcan una pérdida por fricción del 35% de esta presión de descarga en el sistema de circulación y una caída de presión del 65% de la presión de descarga en los chorros de la barrena.

Pc = 0.35 x Ps y Pb = 0.65 x Ps


Máximo Impacto Hidráulico El Máximo Impacto Hidráulico en la Mecha ocurrirá a una profundidad

y tasa de circulación tales que el 52% de la presión de descarga de la bomba será gastada en el sistema de circulación, sin tomar en cuenta los chorros de la barrena .

Pc = 0.52 x Ps y Pb = 0.48 x Ps

Donde:Pc : Pérdida de presión en el sistema de circulación, ( lbs/pulg2)Ps : Presión en superficie, ( lbs/pulg2 )Pb : Potencia en la mecha, ( HP )



• Comparación entre ambos criterios


En muchas regiones del mundo, la hidráulica de la mecha para rocas puede ser optimizada para mejorar la velocidad de penetración (ROP). Muchos factores afectan la ROP, incluyendo el tamaño de la mecha, el tipo de mecha, las características de la mecha, el tipo y la solidez de la formación, y la hidráulica de la mecha. En las áreas de rocas duras, la interacción entre la mecha y la formación tiene un mayor impacto sobre la ROP que la hidráulica de la mecha. La hidráulica de la mecha puede ser optimizada en lo que se refiere al impacto hidráulico, la potencia hidráulica, la potencia hidráulica por pulgada cuadrada del pozo debajo de la mecha, o la velocidad de los chorros. En general, el objetivo es usar de 50 a 65% de la presión máxima admisible de circulación proporcionada a la mecha. Se considera que los sistemas se optimizan para la fuerza de impacto cuando la pérdida de presión en la mecha es igual a 50% de la presión de circulación. Cuando la pérdida de presión en la mecha es igual a aproximadamente 65% de la presión de circulación, se considera que el sistema está optimizado para la potencia hidráulica.


En las formaciones blandas que son típicas de los pozos costa afuera, el único límite impuesto sobre la velocidad de penetración puede ser el tiempo de conexión. La acción de chorro no es tan crítica. Bajo estas condiciones, los altos caudales y la gran turbulencia debajo de la mecha para reducir el embolamiento de la mecha y del BHA (mecha, porta-mechas, etc.), así como la limpieza del pozo, constituyen las principales preocupaciones. Para estas condiciones, la mecha puede ser optimizada para la fuerza de impacto y el caudal. Cuando se optimiza para la fuerza de impacto, se perderá aproximadamente 50% de la presión máxima admisible de circulación en la mecha.

Cuando se perforan lutitas duras a grandes profundidades, la retención de recortes y los finos son los factores que limitan las velocidades de penetración.

Bajo estas condiciones, aumentos relativamente pequeños de la velocidad de penetración pueden reducir considerablemente los costos del pozo. La acción de chorro es crítica y las velocidades de perforación son mejoradas cuando se optimiza la mecha para la potencia hidráulica con el 65% de la pérdida de presión máxima admisible de circulación en la mecha.



REQUISITOS PREVIOS Para aplicar los criterios hidráulicos descritos anteriormente es necesario determinar la pérdida de presión en el sistema de circulación de un caudal (Q) cualquiera, para luego obtener las condiciones óptimas que permitan seleccionar el área o tamaño de los orificios de la próxima mecha. Se recomienda seleccionar un valor de caudal (Q) que esté entre el caudal mínimo (Qmín) y el caudal máximo (Qmáx). Las pérdidas de presión dependen del comportamiento reológico del fluido en uso y del régimen de flujo en cada parte del sistema.


LímitesEl caudal óptimo (Qópt), tiene como límites el caudal mínimo producido por la velocidad mínima de ascenso y el caudal máximo que depende de los siguientes factores :

1. Condiciones máximas de operación de la bomba.2. Problemas de erosión del hoyo.3. Densidad equivalente de circulación máxima.


CÁLCULOS DE HIDRÁULICA DE LA MECHA

Además de la pérdida de presión de la mecha, varios cálculos de hidráulica adicionales son usados para optimizar el rendimiento de la perforación. Éstos incluyen cálculos de la potencia hidráulica, de la fuerza de impacto y de la velocidad del chorro.


POTENCIA HIDRÁULICA

El rango de potencia hidráulica (hhp) recomendado para la mayoría de las mechas para rocas es de 2,5 a 5,0 Caballos de Fuerza por Pulgada Cuadrada (HSI) del área de la mecha. Una potencia hidráulica baja en la mecha puede producir bajas velocidades de penetración y un rendimiento deficiente de la mecha.


HIDRÁULICA PARA MECHAS “PDC”El diseño hidráulico tiene como objetivo optimizar la potencia disponible a nivel de la mecha, para limpiar el fondo y transportar los ripios hasta la superficie.En el caso particular de las mechas “PDC” una función adicional debe ser manejada: la capacidad del fluido de enfriar los cortadores policristalinos.


En todo caso los cálculos hidráulicos deben considerar el factor enfriamiento para determinar el área de flujo (TFA). En teoría el máximo caudal, dentro del límite critico, generará el máximo enfriamiento y la máxima limpieza debajo de la mecha.Una alta tasa de flujo ayuda a mejorar el rendimiento principalmente cuando se usan mechas “PDC” tipo cola de pescado, que debido al mecanismo de perforación y al diseño, generan grandes volúmenes de cortes cuando perforan formaciones blandas. En formaciones duras, sin embargo, mayores velocidades de chorro pueden promover la erosión del cuerpo de la mecha, lo que es más crítico en mechas de cuerpo de acero. Es útil determinar la relación entre la potencia hidráulica por pulgada cuadrada (HSI) y la tasa de penetración para optimizar el rendimiento de la mecha “PDC”. El efecto de las velocidades de flujo en la vida de la mecha, también debe ser tomado en cuenta.


Esta relación se puede encontrar con más precisión en áreas de desarrollo con numerosos pozos perforados con mechas “PDC”. Si no se dispone de esta data, algunos fabricantes recomiendan la siguiente hidráulica:

• En fluidos base agua, el rango normal de operación estará entre 2.5 y 6.5 de HSI.

• En lodos base aceite, el rango normal de operación estará entre 1.5 y 4 de HSI.

En general, la hidráulica de las mechas “PDC”, se calcula a partir del límite máximo de HSI recomendado por el fabricante, pero siempre que el caudal requerido esté por debajo del caudal critico, para evitar erosión en el hoyo. Este criterio proporcionará el máximo caudal posible para acarrear los cortes y al mismo tiempo enfriar la mecha, obteniendo rendimientos óptimos para las condiciones dadas.


MÉTODO DE CAMPO Para la introducción de los programas hidráulicos

realizados en la oficina, es necesario tener presente que las condiciones del pozo y del equipo deben ser las mismas que las usadas para hacer el programa. En muchos casos es necesario hacer ajustes debido a que, por problemas operacionales, se cambian las dimensiones de la sarta de perforación, las condiciones del hoyo y del lodo, las características de las bombas, etc. Cuando esto sucede se pueden hacer ajustes.


HERRAMIENTAS DE FONDO, FLUJO DESVIADO

Las herramientas de fondo también pueden afectar la capacidad de optimizar la hidráulica de la mecha. Algunas (pero no todas) herramientas de MWD y LWD desvían hasta el 5% del flujo. Este fluido desviado no alcanza la mecha y debe ser restado del flujo a la mecha cuando se optimiza la hidráulica de la mecha. Se usa el caudal total (no reducido por el volumen desviado) para calcular la hidráulica anular y las pérdidas de presión en la tubería de perforación y los porta-mechas. El representante del fabricante de las herramientas de MWD y LWD debería ser consultado para determinar si una herramienta en particular desvía al flujo, así como el volumen de flujo desviado por dicha herramienta y la pérdida de presión estimada a través de la herramienta. Las secciones portantes de los Motores de Desplazamiento Positivo (PDM) y de las turbinas requieren una porción del flujo para fines de enfriamiento


Este fluido es dirigido hacia el espacio anular y contornea la mecha. El volumen desviado depende de diferentes variables, pero está generalmente comprendido entre 2 y 10% del caudal total. Se debe restar este fluido desviado del flujo a la mecha cuando se optimiza la hidráulica de la mecha. Se usa el caudal total (no reducido por el volumen derivado) para calcular la hidráulica anular y las pérdidas de presión en la tubería de perforación y los porta-mechas. El representante del fabricante del PDM o de la turbina debería ser consultado para determinar el volumen específico desviado y la pérdida de presión estimada a través del motor.


LIMPIEZA DEL FONDO DEL POZO

Además de transmitir la energía a la superficie de la mecha, el fluido de perforación también debería remover eficazmente los recortes por debajo de la mecha para maximizar la ROP, evitando la “reperforación”. La limpieza puede ser mejorada de varios modos, ninguno de las cuales afecta la manera en que las pérdidas de presión y la energía en la mecha son calculadas. Al aumentar la intensidad de la acción de chorro de los jets sobre la superficie de la formación por debajo de la mecha mediante la extensión de los jets, se mejora la limpieza del fondo del pozo. La obturación de un jets mejorará el flujo transversal debajo de la mecha. Un chorro central mejora la limpieza de los conos para evitar el embolamiento de la mecha.


La acción de chorro es más fuerte cuando el lodo sale de los jets y disminuye a medida que la distancia desde los jets aumenta, debido a la interacción con el lodo circundante. El uso de jets extendidas que colocan el punto de salida más cerca del fondo del pozo puede aumentar la intensidad del chorro sobre la formación. La intensidad del chorro también puede ser mantenida usando tamaños asimétricos de jets (aumentando el tamaño de un jets mientras se reduce el tamaño de los otros). Esto mantendrá el área de flujo total y la pérdida de presión deseado en el jets, aumentando la intensidad de chorro de por lo menos uno de los jets.


La proximidad de los jets al fondo del pozo se describe frecuentemente con la relación H/D, donde H es la distancia entre el jets y el fondo del pozo, y D el diámetro del jets. Esta relación H/D indicará la intensidad de la acción de chorro. La intensidad total del chorro se mantiene en el centro del flujo a relaciones H/D de 8 o menos, y disminuye rápidamente a razones más altas. Aumentando el diámetro del jets se reduce la relación H/D, pero también se reduce la velocidad del jets y la pérdida de presión a través de la mecha.

La disposición de los jets de las mechas de cortadores de diamantes policristalinos (PDC) está diseñada para remover eficazmente los recortes por debajo de la mecha. La disposición de los jets también es importante para enfriar eficazmente las superficies de los cortadores.


Resumen

El rendimiento de la perforación está directamente relacionado con las restricciones mecánicas impuestas por el equipo de perforación. Al controlar las propiedades reológicas del lodo, se puede optimizar el rendimiento, operando dentro de los límites mecánicos impuestos por el equipo de perforación. Las propiedades reológicas del lodo deberían ser controladas para que se pueda transmitir a la mecha la mayor parte posible de la presión máxima admisible de circulación del equipo de perforación, reduciendo las pérdidas de presión parásitas en las conexiones superficiales, la columna de perforación y en el espacio anular, sin perjudicar la limpieza del pozo o la suspensión de los sólidos.

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