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HIDRULI CA DE LA PERFORACI N1HIDRULICADE LA PERFORACINPrograma de EntrenamientoAcelerado para IngenierosSupervisores de PozoHIDRULI CA DE LA PERFORACI N2Reologa Reo = Flujo Logos = Estudio La Reologa es el estudio del flujo de fluidos.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N3Razones para estudiar la ReologaSe requiere la Reologa para predecir: Qu tan bueno es el transporte los recortes afuera del pozo Qu tan buena es la limpieza de los ripios en la cara de labarrena. Cules son las prdidas de presin en el sistema. Cmo se comporta el sistema de fluido con los regmenes deflujo que se emplean en el pozo.
En otras palabras se necesita entender la hidrulica de losfluidos de perforacin.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N4 Caracterizacin de los FluidosReologaAFv + dvv-La fuerza de resistencia o arrastre es el esfuerzo de cortante-La diferencia en las velocidades dividido entre la distanciase llama la velocidad de cizallamiento.
ReologaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N5El esfuerzo cortante y la velocidad de cizallamiento: Esfuerzo Cortante : Unidad : Lbf / 100 ft2Fuerza que causa el corterea superficial de la lmina
Velocidad de cizallamiento: Unidad : 1 / seg (segundorecproco)Diferencia de velocidad entre 2 lminasDistancia entre 2 lminas
ReologaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N6222 248 . 30sec980 454*
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100 1001
,_
,_
,_
ftcmcmlbfgftlbfftlbfEn Unidades del sistema internacional de medidas, S.I.:2 22
2 79 . 4sec*79 . 41001cmDynecmcm gmftlbf
HIDRULI CA DE LA PERFORACI N7Viscosidad La viscosidad es la resistencia de un fluido a fluiry se define como la Razn del Esfuerzo cortantea la velocidad de cizallamiento.Poisecmdyne
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> 2secgt La unidad Poise es al
o
rande, por lo que seprefiere expresar la viscosidad en Cen
ipoise quees 1/100 de 1 Poise.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N8Fluidos New
onianosLos fluidos New
onianos son aquellos en los cuales la viscosidad permanece cons
an
epara
odas las velocidades de cizallamien
o siempre y cuando la
empera
ura y la presinpermanezcan cons
an
es.Ejemplos de Fluidos New
onianos son: el a
ua, la
licerina y el acei
e li
ero.El esfuerzo cor
an
e es direc
amen
e proporcional a la velocidad de cizallamien
o:gt
EsfuerzoCortanteVelocidad deCizallamientoHIDRULI CA DE LA PERFORACI N9Los fluidos no newtonianos no muestran una proporcionalidad directa entre elesfuerzo de cortante y la velocidad de cizallamiento. La mayora de los fluidosde perforacin son no newtonianos.La grfica que se muestra es un ejemplo un fluido no Newtoniano. La viscosidad de un fluido no Newtoniano se conoce como la viscosidad
efectiva y para obtener su valor se debe especificar una velocidad decizallamiento especfica.Fluidos NewtonianosHIDRULI CA DE LA PERFORACI N10Modelo Plstico de BinghamSe han desarrollado varios modelos matemticos para simular la reologa de losfluidos de perforacin. El que se usa ms ampliamente en el campo es el ModeloPlstico de Bingham.Este modelo supone un comportamiento lineal de la relacin entre el esfuerzocortante y la velocidad de cizallamiento, pero la lnea no cruza el ori
gen comosucede con los fluidos Newtonianos.EsfuerzoCortanteVelocidad deCizallamientoHIDRULI CA DE LA PERFORACI N11La ecuacin del modelo plstico de Bingham est dada por:Esfuerzo
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CortanteVelocidad deCizallamientoy p t g t + La intercepcin con el eje y se conoce como el Punto de Cedenciay es el esfuerzo que se requiere para hacer que el fluido se pongaenmovimiento.La pendiente de la curva se conoce como la Viscosidad Plstica.ytPendien
e = PVIn
ercepcin = YPPun
o de CedenciaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N12Viscosidad Pls
ica, PV:Los lodos de perforacin normalmen
e es
n compues
os por una faselquida con
inua en la cual es
n dispersos los ma
eriales slidos. LaViscosidad Pls
ica es la resis
encia al flujo relacionada con la friccinmecnica que es causada por:
La concen
racin de slidos.El
amao y forma de los slidos.La viscosidad de la fase lquida.En el campo la PV se considera como una
ua para el con
rol de slidos.Se incremen
a conforme el porcen
aje volum
rico de slidos se incremen
ao si el porcen
aje volum
rico permanece cons
an
e pero el
amao depar
culas disminuye.Por lo
an
o, la PV se puede reducir al reducir la concen
racin de slidos odisminuyendo el rea superficial.Modelo Pls
ico de Bin
hamHIDRULI CA DE LA PERFORACI N13Pun o de Cedencia, YP - El pun o de cedencia es la resis encia inicial al
flujo debida a las fuerzas elec
roqumicas en
re las par
culas. Es
as fuerzasson causadas por las car
as localizadas en la superficie de las par
culasdispersas en la fase fluida. El pun
o de cedencia depende de:Las propiedades superficiales de los slidos en el lodo.La concen
racin volum
rica de los slidos.El ambien
e inico del lquido que rodea a los slidos.El YP se puede con
rolar por medio de un
ra
amien
o qumico adecuado.Las car as posi ivas en las par culas se pueden neu ralizar por laadsorcin de
randes iones ne
a
ivos. Es
os pueden ser apor
ados porproduc
os qumicos como:
aninos, li
ni
os, li
nosulfona
os, e
c.En caso de con
aminacin de iones como calcio o ma
nesio, es
os se
pueden remover como precipi
ados insolubles.La dilucin con a
ua
ambin puede reducir el YP. Sin embar
o, si laconcen
racin de slidos es demasiado elevada no va a ser efec
iva.Modelo Pls
ico de Bin
hamHIDRULI CA DE LA PERFORACI N14Medicin de la Reolo
aLas propiedadesreol icas de losfluidos de perforcin
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se de
erminan enequipos como elmos
rado aqu,llamado Reme ro oViscosme
roRo
acionalLminasparalelasinfini
asHIDRULI CA DE LA PERFORACI N15Reome
ro (Viscosme
ro Ro
acional)Esfuerzo de Cor an e = f (Lec ura observada)Velocidad de cizallamien
o = f (RPM de la cubier
a)Esfuerzo de Cor
an
e = f (Velocidad de Cizallamien
o)) ( f g t CILINDROCubiertafluido(GAMMA), la velocidad de cizallamientode(TAU), el esfuerzo cortante, depende del valorgt
HIDRULI CA DE LA PERFORACI N16Viscosme
ro Ro
acional La plomada y el cilindro es
n dispues
os de
al forma quecuando las RPM vis
as en la escala, al ser mul
iplicadas poruna cons
an
e (1.7)
ienen unidades de se
undos recprocos. La lec
ura observada x 1.0678 = (lb/100f
2)o mul
iplicado por 5.11 ( 1.0678 x 4.79 )lo convier e a dinas/cm2Poise
SeccmDinasTiene unidades deLec
ura x- 12xRPM de la Camisa x 1.71.0678 x 4.79HIDRULI CA DE LA PERFORACI N17
RPM seg
13 5.116 10.22100 170200 340300 511600 1022RPM x 1.703 = seg
1
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Remetro Caso baseHIDRULI CA DE LA PERFORACI N18Velocidades de Cizallamiento tpicas en un PozoLoclizacin Velocidad de Cizallamiento (sec
1)Tub. de Perf. 100
500Lastra barrena 700
3000Toberas de la barrena 10,000 100,000Eapacio Anular 10
500Presas de Lodo 1
5HIDRULI CA DE LA PERFORACI N19De Regreso al Modelo Plstico de BinghamHIDRULI CA DE LA PERFORACI N20PV =Pendiente, YP = Interseccincp Unidades PV Pendientex xx x Pendientes Centipoise en Poise de unidades tendr esta
x Pendiente- ---\--300 600
100 3300300 6001007 . 111 . 5300 600 300 6007 . 111 . 5300 600 300 600f f
f ff ff fPENDIENTEINTERCEPTO21003000 0 300
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1007 . 111 . 50 300 0 300pielb
UnidadesPV YpYpPVx x Pendiente- \- --fff ff fHIDRULI CA DE LA PERFORACI N
21Limitaciones del Modelo Plstico de BinghamLos
luidos de per
oracin tpicos tienen valores ms bajos avelocidades de cizallamiento bajas. Por lo tanto, el modeloplstico de Bingham no
unciona para predecir la reologa del lodoen el espacio anular por ejemplo.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N22Otros Parmetros que se Miden con el Viscosmetro Fann VGLSRYP: Low Shear Rate YPPunto de cedencia a baja velocidad de cizallamiento Medida dela viscosidad del lodo a baja velocidad de cizallamiento. Mide lacapacidad del lodo para transportar recortes en el espacio anular.
Mientras ms grandes sean los recortes ms elevado ser elvalor LSRYP requerido. Se calcula con la expresin:6 ) 2 3 ( f f - x LSRYPComo una regla prctica el LSRYP debe estar cerca al dimetrodel pozo en pulgadas.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N23Fuerza de Gel Fuerzas de Gel de 10 seg y 10 minutos indicanlas fuerzas de atraccin desarrolladas en el fluido cuando seencuentra bajo condiciones estticas durante dichos intervalos detiempo. Los valores excesivos son una indicacin de que hay unaalta concentracin de slidos. La grfica muestra los tipos defuerza de gel.
Otros Parmetros que se Miden con el Viscosmetro Fann VGHIDRULI CA DE LA PERFORACI N24Viscosidad Efectiva =N Ne f 300
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Viscosidad aparente =2600600600 300 ff aSe usa para encontrar la viscosidad real a unas RPM dadas.Es un indicador de que individualmente o en forma simultneael YP y la PV estn incrementandoOtros Parmetros que se Miden con el Viscosmetro Fann VGHIDRULI CA DE LA PERFORACI N25Ejemplo de clculo Dadas las lecturas del Viscosmetro Fann V G de:64 @ 600 RPM40 @ 300 RPMCalcular la PV, el YP y la Viscosidad Aparente a 600 y laviscosidad efectiva a 300 RPMPV = 600 - 300 = 64 40 = 24YP = 300 PV = 40 24 = 16
Visc. Ap.@ 600 = 300 x lectura@ 600/rpm= 300x64/600 = 32Visc. Efect.@ 300 = 300 x lectura@300/300 = 40f ffHIDRULI CA DE LA PERFORACI N26NewtonianoModelo de la Ley de PotenciaModelo de la Ley de Potencia Se utiliza para simular el comportamiento de
luidos de per
oracin basados en polmeros que no tienen un es
uerzo decedencia. (por ejemplo las salmueras transparentes viscosi
icadas).La ecuacin general para este modelo es:
nKg t K es el ndice de consistencia, n es el ndice de comportamiento deflujo. 0 < n < 1.0 Tanto K como n son particulares para cada fluido.velocidad decizallamientoEsfuerz
oCortante
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HIDRULI CA DE LA PERFORACI N27nKg t n se puede obtener de :300600log 32 . 3ff ny sus unidades son adimensionales.K se puede obtener de :nK511300 * 511 fy sus unidades estn en centipoise.Otros Modelos de Reologa Otros Modelos de ReologaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N28Modelo de la Ley de Potencia Modificado = Modelo Herschel-BulkleyModelo usado para simular el comportamiento de la mayora de
los fluidos de perforacin. Toma en cuenta el esfuerzo de cedenciapara iniciar el flujo, que tiene la mayora de los fluidos.Velocidad de CizallamientoEsfuerzoCortanteNewtonianoModelo de Ley de Potencia Modificadony Kg t t + Otros Modelos de Reologa Otros Modelos de ReologaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N29
ny Kg t t + Los valores para K y n se obtienen en la misma forma quepara el modelo de la ley de potencia para flujo en tubera; sinembargo varan ligeramente para flujo anular. Esto se va amostrar posteriormente.Otros Modelos de Reologa Otros Modelos de ReologaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N30 rea de la lmina superior = 20 cm2 Distancia entre lminas = 1 cm
Fuerza requerida para moverla lmina superior a 10 cm/s= 100 dynes. Cul es la viscosidad del fluido?Ejercicio para Fluido Newtoniano( Ejercicio 4.16 del Libro de texto Applied Drilling Engineering)HIDRULI CA DE LA PERFORACI N31poise 5 . 0 5 . 0105
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2 - cm s dina1 -2seg 10/1 dinas/cm 20 / 100//Corte de Velocidad tan c esfuerzo L V A F te orcp 50 SOLUCIN AL EJERCICIO 4.16HIDRULI CA DE LA PERFORACI N32Fluido Plstico Binghamrea de la lmina superior= 20 cm
2Distancia entre las lminas= 1 cm 1. Fuerza Min. Para hacer mover la lmina = 200 dinas 2. Fuerza para mover la lmina a 10 cm/s = 400 dinas Calcular el Punto de Cedencia y la Viscosidad PlsticaEjercicio para Fluido Plstico Bingham( Ejercicio 4.17 del libro de texto ADE )HIDRULI CA DE LA PERFORACI N33 Punto de cedencia:2 2 1020
200cmdinascmdinasAFyy t2 2 79 . 4p 100
lbf1 erocmdinasiep 79 . 410y
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\t 2p lbf/100 09 . 2 ieSOLUCIN AL EJECICIO 4.17HIDRULI CA DE LA PERFORACI N34SOLUCIN AL EJERCICIO 4.17cp 100 . e . ip poise 1 11010 202 -- \cm s dinap
,_
+ cm 1cm/s 10cm 20 dinas 200cm 20 dinas 4002 2
p Viscosidad plstica, pg t t p y+ por dado estHIDRULI CA DE LA PERFORACI N35 rea de la lmina superior = 20 cm2
Distancia entre lminas = 1 cm Fuerza sobre la lmina superior = 50 dinas si v = 4 cm/s Fuerza sobre la lmina superior = 100 dinas si v = 10 cm/s Calcular el ndice de consistencia (K) y el ndice de comportamiento de flujo (n)Ejercicio para Fluido de Ley de Potencia( Ejercicio 4.18 del libro de texto ADE)HIDRULI CA DE LA PERFORACI N36Solucin para el Ejemplo 4.18
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v = 4 cm/s( )nnnKKK4 5 . 21420504 4
,_
g t rea de la lmina superior = 20 cm2 Dis
ancia en
re lminas = 1 cm Fuerza sobre la lmina superior= 50 dinas si V = 4 cm/s(i)HIDRULI CA DE LA PERFORACI N37Solucin al Ejemplo 4.18 v = 10 cm/s( )n
nn10 1010 K 5110K20100K
,
_
g t rea de la lmina superior = 20 cm2 Dis
ancia en
re lminas = 1 cm
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Fuerza sobre la lmina superior= 100 dinas , si V = 10 cm/s(ii)HIDRULI CA DE LA PERFORACI N38Solucin al Ejemplo 4.18 Despejando K y sus
i
uyendo en iiencon
ramos que n es :5 . 2 lo
2 lo
45 . 2: .... nnK i de7565 . 0 n ( )nK 4 5 . 2 (i)(ii)( )n
K 10 5 HIDRULI CA DE LA PERFORACI N39Ejemplo de Solucin 4.18 De la Ecuacin (ii):poise eq. 8760 . 0105105K 7565 . 0 n \
cp. eq. 6 . 87 K ( )nK 10 5 (ii)HIDRULI CA DE LA PERFORACI N40Tipos de Flujo Tipos de FlujoReologa Flujo de TapnPerfil de Velocidad ( Movimiento en flujo de tapn)La velocidad es igual en el centro y en la pared.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N41Tipos de Flujo
Tipos de FlujoReologa Flujo LaminarPerfil de Velocidad ( Movimiento deslizante )La velocidad es mxima en el centroHIDRULI CA DE LA PERFORACI N42Tipos de FlujoTipos de FlujoReologa Flujo TurbulentoPerfil de Velocidad ( Movimiento en remolinos, pero un perfil plano)
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Velocidad promedio de partculas es uniforme (no cerca de la pared).HIDRULI CA DE LA PERFORACI N43Flujo Turbulento o Laminar?Flujo Turbulento o Laminar?Reologa Velocidad CrticaFlujo TurbulentoFlujo LaminarVelocidad crticaPunto de transicinVelocidad de CizallamientoEsfuerzodec
ortanteHIDRULI CA DE LA PERFORACI N44Reologa Nmero de Reynolds El nmero de Reynolds toma en consideracin losfactores bsicos del flujo en la tubera: La tubera, el dimetro, la velocidad promedio, la
densidad del fluido y la viscosidad del fluido. Re = Velocidad x diam del tubo / dimetro del espacioanular x densidad / viscosidad efectiva del fluido Laminar < 2100 - Transicin - 3000 < TurbulentoEl rgimen de flujo particular de un fluido de perforacin durante laperforacin puede tener un efecto importante en parmetros talescomo prdidas de presin, limpieza del fondo y estabilidad del pozo.Flujo Turbulento o Laminar?Flujo Turbulento o Laminar?HIDRULI CA DE LA PERFORACI N45Hidrulica del Equipo de Perforacin Contenido:
Objetivos Introduccin a la hidrulica del equipo deperforacin Clculos hidrulicos Optimizacin de los aspectos hidrulicosHIDRULI CA DE LA PERFORACI N46ObjetivosAl final de este Mdulo USTED va podr entender:1. El sistema de circulacin
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2. Ejemplos de clculos3. La optimizacin de la hidrulica de perforacinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N47 Sistema de Circulacin:Hidrulica de la PerforacinBombade lodosTubera dePerforacinEspacio AnularBarrenaLastra BarrenaAgujero AbiertoTubera de Revestimiento& cementoPresaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N48Presiones en el Sistema CirculanteP6PdpP
SuperfPdcPbarrenaPadpPadcPBombaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N49
Las cadas de presin en el sistema son:PBomba= PSuperf+ Pdp+ Pdc+ Pde barrena+Padp
+ PadcPrdidas de Presin Reacomodando:PBomba= Pbarrena+ (PSuperf.
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+ Pdp+ Pdc+Padp+ Padc)Todas las prdidas de presin que estn del lado derecho de laprdida de la barrena con frecuencia se llaman las prdidasParsitas PT= Pbarrena+ PcHIDRULI CA DE LA PERFORACI N50Clculo de las Prdidas de Presin Prdidas de Superficie Prdidas en la Sarta Modelo Plstica de Bingham Prdidas en la Sarta Modelo de la Ley de Potencia
Cada de Presin a travs de la BarrenaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N51Prdidas de presin en los Equipos de SuperficieEn la prctica, nicamente hay slo cuatro tipos de Equipos deSuperficie. Cada tipo se caracteriza por las dimensiones del standpipe, el kelly, la manguera rotaria y la unin giratoria. La tabla quesigue resume los cuatro tipos de Equipo de Superficie y suequivalencia en longitud con una tubera de 3.826 pulgadas de ID.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N52 Prdidas en Superficie Prdidas de Sarta con el modelo Plstico de Bingham
Prdidas de Sarta de Ley de Potencia Cada de Presin a travs de la BarrenaClculo de las Prdidas de PresinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N53A. Flujo en la TuberaDetermine la velocidad promedio y la velocidad crtica ( y Vc):min / .....5 . 242 pieD Q
V min / ....2 . 8 97 97 2 2pieD YP D PV PVVcrr + +
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Modelo Plstico de Bingham (Tubera)VHIDRULI CA DE LA PERFORACI N54Si V < Vc,el flujo es laminar; utilicepsiDYP LDV LP ..225*1500 2 + Si V > Vc,el flujo es turbulento; utilicepsi
vP ..d * 8624 L Qd * 1800 L4.750.25 1.75 75 . 01.250.25 75 . 1 75 . 0 r r Modelo Plstico de Bingham (Tubera)
HIDRULI CA DE LA PERFORACI N55B. Flujo Anularmin / ....) ( 2 . 6 97 97 22pieD YP D PV PVVcee
rr + +min / .....5 . 2422 pieOD D Q
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Vh -donde: De= Dh- ODDetermine la velocidad promedio y la velocidad crtica ( y Vc):VModelo Plstico de Bingham (Tubera)HIDRULI CA DE LA PERFORACI N56Si V > Vc,el flujo es turbulento; utiliceSi V < Vc,el flujo es laminar; utilice) ( 200 ) () ( 1000 1 2
21 2 d dYP Ld d V LP-+- ( )
psivP ..d d * 1396 L1.251 20.25 75 . 1 75 . 0- rModelo Plstico de Bingham (Espacio Anula
)HIDRULI CA DE LA PERFORACI N
57 P
didas en Supe
ficie P
didas de Sa
ta Plstica de Bingham P
didas de Sa
ta con la Ley de Potencia Modificado Cada de p esin a t avs de la Ba enaClculo de las P
didas de P
esinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N58El modelo de la Ley de Potencia Modificado o Modelo deHe
schel
Bulkley es el modelo matemtico que desc
ibe mejo
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el compo
tamiento de los fluidos de pe
fo
acin.P
didas de Sa
ta con la Ley de Potencia ModificadoHIDRULI CA DE LA PERFORACI N59Facto
de f
iccin de FanningP
didas de P
esin dent
o de la Tube
aHIDRULI CA DE LA PERFORACI N60D = Dimet
o inte
no del tubo (pulgadas)P
didas de P
esin dent
o de la Tube
aHIDRULI CA DE LA PERFORACI N61P didas de P esin en el Espacio Anula HIDRULI CA DE LA PERFORACI N62P
didas de P
esin en el Espacio Anula
HIDRULI CA DE LA PERFORACI N63 Cuando se calculan las p
didas de p
esin utilizando elmodelo de la Ley de Potencia modificado, la siguientesecuencia se debe usa
pa
a cada uno de los inte
valos detube
a y de espacio anula
, utilizando las ecuaciones pa
a eltubo y el espacio anula
de mane
a co
espondiente:1. De
ive las lectu
as q600 y q300 de PV & YP.
2. Derive la lectura q100 de las lecturas q600 y q300.3. Encuentre los parmetros n y k4. Obtenga la velocidad global promedio5. Encuentre la viscosidad efectiva ( e)6. Encuentre el nmero de Reynolds. ( Nre)7. Obtenga el factor de friccin de Fanning.8. Calcule la prdida de friccin para la seccin especificada.Clculos HidrulicosHIDRULI CA DE LA PERFORACI N
64 Prdidas de Superficie Prdidas de Sarta Plstica de Bingham Cada de Presin a travs de la BarrenaClculo de las Prdidas de PresinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N65 Prdida de Presin a travs de las Toberas de la Barrena;Pb, Prdida de presin en la barrena en psiQ , Velocidad de bombeo en gpmN
n, Dimetro de toberas en 1/32 de pulgadar , densidad de lodo en ppg2224 . 104) lg ( min
,
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_
tbxAQPpu TFA de os ter Enr22 232221 ....51 . 12) " 32 / 1 ( min
,_
+ + +nbN N N N Q
Pavos Toberas de os tr EnrClculo de la hid
ulica en la Ba
enaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N66 Velocidad de chorro o tobera.23 . 418nD
QVnS donde: Vn, velocidad en la tobera en pies/seg Q, velocidad de bombeo en gpm .S D
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n2,suma de los dimetros de la toberaal cuadrado en 1/32 de pulgada.rbn PV 4 . 33Nota: Aunque se puede correr ms de un tamao de tobera en una barrena,la velocidad de tobera va a ser la misma para todas la toberas:Otra ecuacin para la velocidadde las toberas es:nVQA 32 . 0 El rea de flujo totalse puede obtener de :Clculo de la hidrulica en la BarrenaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N
67121/4 pozo = 9000 pies13 3/8 a = 7980 pies 72# P110Q = 500 gpmPeso de Lodo = 17.5 lb/galPV = 40YP = 303 RPM lectura = 8Tubera de Perforacin = 5 ( 4.276 ID )Collares de perforacin = 8 ( 3 ID ) , 350 piesPresin de bombeo mxima = 3500 psiEquipo de Superficie Caso 3.Calcule: 1. Las prdidas de presin totales
2. Perd de P. en la barrena3. Tamaos de tobera 4. ECDUSE AMBOS MODELOS, DE BINGHAM Y EL DE LEY DE POTENCIA MODIFICADOClculos Hidrulicos Ejercicio #1HIDRULI CA DE LA PERFORACI N68En general, los aspectos hidrulicos de la barrena se optimizan paramejorar la velocidad de perforacin; sin embargo, hay muchos factores queafectan la velocidad de perforacin: Tamao de la barrena Tipo de la barrena Caractersticas de la barrena Tipo y resistencia de la formacin
Aspectos hidrulicos de la barrenaEl objetivo de la optimizacin hidrulica es obtener un buen equilibrio encontrolar las presiones en el pozo, el gasto o tasa de bombeo, la limpiezadel pozo, la presin de bombeo, ECD y la cada depresin a travs de labarrena.La presin y la velocidad de circulacin mximas son restriccioneslimitadas ligadas a las capacidades del equipo de perforacin.Hidrulica de la PerforacinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N
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69Clculos Hidrulicos Ejercicio #2Si la profundidad total de la seccin de pozo de 12 est a14,000 pies, y el objetivo era perforar toda la seccin con unabarrena, qu tamao de toberas escogera? (suponga que latasa de bombeo y la reologa del lodo permanecenconstantes).HIDRULI CA DE LA PERFORACI N70En general la meta es usar del 50% al 65 % de la presin decirculacin mxima permisible en la barrena. Se considera que el sistema est optimizado para fuerzade impacto cuando la prdida de presin en la barrena seaproxima al 50 % Se considera que el sistema est optimizado parapotencia hidrulica cuando la prdida de presin en labarrena se aproxima a 65 %.Hidrulica de la PerforacinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N71La siguiente grfica tomada del manual de MIDF ilustra la diferencia entreoptimizar para potencia hidrulica y para fuerza de impacto.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N72
Clculos de Presin Ejercicio #3Cul es el porcentaje de cada de presin a travs de labarrena en los ejercicios 1 y 2?Si el ejercicio # 2 fuera continuado, cul sera la presin debombeo al perforar a 9000 pies ? Qu podra usted hacerpara aprovechar esta situacin?HIDRULI CA DE LA PERFORACI N73 Potencia Hidrulica; HHP en la barrena = (PbQ ) / 1714 Donde;
HHP , potencia hidrulica .Pb, prdida de presin en la barrena en psi Q , gasto o caudal de la bomba en gpm HHP en la bomba = (PtQ) / 1714 Donde; HHP , potencia hidrulica Pt, prdida de presin total en psi ( SPP)
Q , gasto o caudal de la bomba en gpmHidrulica de la PerforacinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N74Potencia hidrulica por pulgada cuadrada de rea de la barrena ( HSI )Hay un trmino
ue se usa en la hidrulica de perforacin para teneruna mejor idea de la magnitud de la potencia hidrulica. A este trminose le llama potencia hidrulica por pulgada cuadrada de rea de cara dela barrena (H.S.I, por sus siglas en ingls) y bsicamente se obtiene aldividir la potencia hidrulica entre el rea del dimetro del pozo
ue est
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perforando la barrena.H.S.I = HHP disponible en la barrena/rea de la cara de la barrenaHidrulica de la PerforacinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N75Clculos de Presin Ejercicio #4Calcule la Potencia Total, la Potencia en la Barrena y el H.S.I.para el Ejercicio1, 2 y la segunda pregunta del ejercicio 3.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N76Fuerza de Impacto del Chorro; La fuerza
ue ejerce el fluido al salir por debajo dela barrena. Se expresa como:1930 rni QVF Donde:Fi, la fuerza del impacto de chorro en librasQ, gasto o tasa de bombeo en gpm,
Vn, velocidad del chorro en las toberas en pies/segr , densidad de lodo en ppgClculos de la hid
ulica en la Ba
enaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N77Clculos de P
esin Eje
cicio #5Calcule la fue
za de impacto de cho
o pa
a loseje
cicios 1, 2 y la segunda p
egunta del eje
cicio 3.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N78Clculos de P esin Eje cicio #6
Realice el eje
cicio 1 utilizando d
illing office de tal mane
a que: Se ealicen dos co idas de ba ena. Cada co
ida de ba
ena se optimice pa
a H.S.I.Cules son las configu
aciones de tobe
a en cada co
ida y aqu p
ofundidad se debe
ealiza
el viaje pa
a cambia
lastobe as?HIDRULI CA DE LA PERFORACI N79Fin del MduloHIDRULI CA DE LA PERFORACI N80P
incipios sob
eHid
ulica de Pe
fo
acin
P
og
ama de Ent
enamientoAcele
ado pa
a Supe
viso
esHIDRULI CA DE LA PERFORACI N81Contenido: Objetivos Conceptos bsicos de Hid
ulica P
didas de P
esin y Densidad Equivalente deCi culacin Seleccin de Tobe
as pa
a la Ba
ena
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Optimizacin Hid
ulicaHid
ulica de la Pe
fo
acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N82Objetivos: Al final de esta p
esentacin USTED PODRA: Entende
los conceptos bsicos de la hid
ulica de lape
fo
acin, Desc
iba va
ias p
didas de p
esin Facto
es que afectan la DEC Seleccione las tobe
as de la ba
ena pa
a optimiza
lahid
ulica de la ba
enaHid ulica de la Pe fo acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N83Ci
culacin de Fluidos: La ci
culacin del fluido tiene que disea
se pa
a
emove
los
eco
tes con eficiencia y tambin pa
aenf
ia
la ca
a de la ba
ena, Estos
eque
imientos pueden satisface
se alaumenta
el caudal o gasto de la bomba, Sin emba
go, el inc
emento en la velocidad debombeo del fluido (gasto) puede causa
unae
osin excesiva de la ca
a y una falla p
ematu
a
de la ba
ena.Hid
ulica de la Pe
fo
acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N84Ba
ena de Conos de Rodillo: La velocidad de penet
acin es funcin de muchos pa
met
osincluyendo: Peso Sob
e la Ba
ena, WOB, Velocidad de Rotacin de la ba
ena, RPM, P
opiedades del Lodo, Pa a evita un influjo de fluidos desde la fo macin al aguje o,la p
esin hid
osttica del lodo debe se
lige
amente ms altaque la p esin de la fo macin (ma gen de segu idad),
Eficiencia Hid
ulica.Hid ulica de la Pe fo acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N85Eficiencia Hid
ulica :Los efectos del aumento de caballaje hid ulico en laba
ena son simila
es a su efecto sob
e las ba
enas deconoEl fab
icante con f
ecuencia
ecomienda un caudal de flujomnimo en un intento po asegu a que la ca a de la ba enase mantenga limpia y la tempe
atu
a del co
tado
semantenga al mnimoEste
eque
imiento pa
a la tasa de flujo puede tene
un
afecto adve
so sob
e la optimizacin del caballaje hid
ulicoen la ba
ena, HHP.Hid
ulica de la Pe
fo
acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N86Impo
tancia de una buena Hid
ulica pa
a pe
fo
a
: Remocin de
eco
tes en el espacio anula
P
esin hid
osttica pa
a balancea
la p
esin del po
o yp eveni que se colapse el aguje o del pozo DEC (Densidad Equivalente de Ci
culacin)
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P
esiones de Su
gencia / suaveo du
ante los viajes deent
ada y salida de la sa
ta en el pozo Limitacin de la capacidad de bombeo Optimizacin del p oceso de pe fo acin (Max HHPconsumido en la ba
ena o Max Impacto del Cho
o) Efectos de P
esin y Tempe
atu
aHid
ulica de la Pe
fo
acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N87Limpieza del Aguje
o: Velocidad Anula
Velocidad de penet
acin (ROP) Viscosidad Angulo del Aguje
o Densidad del Lodo Ensanchamiento del Aguje
o po
e
osin (lavado)Hid
ulica de la Pe
fo
acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N88Hid
ulica de la Pe
fo
acinSistema de Ci
culacin:Bombade lodosTube
a de
Pe
fo
acinEspacio Anula
Ba
enaLast
a Ba
enaAguje
o Abie
toTube
a de Revestimiento& cementoP
esaHIDRULI CA DE LA PERFORACI N89P didas de P esin en el Sistema Ci culante: P
dida de p
esin en el equipo de la supe
ficie De la bomba al stand pipe, mangue a ota ia, Kelly o
Top D
ive, hasta la pa
te supe
io
de la tube
a depe fo acin P
dida de p
esin a t
avs de la sa
ta de pe
fo
acin P
dida de p
esin en las he
amientas del fondo: PDM / Tu
binas Abso bedo es de impacto / Ma tillos de Pe fo acin MWD / LWD P
dida de p
esin a t
avs de las tobe
as en la ba
ena P
didas de p
esin en el espacio anula
Hid ulica de la Pe fo acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N90Ma
gen Ope
ativo de las P
esiones del Lodo:
P
esinP
ofundid
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adP
esin de po
osDECP
esin de F
actu
aP
esin Hid
osttica del LodoHid
ulica de la Pe
fo
acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N91Conceptos Bsicos de Hid
ulica; Velocidad p
omedio del fluido Velocidad del fluido a t
avs del espacio anula
Vf(pies/min);v Qd df -24 5122
12. Velocidad del fluido a travs de la sarta de perforacin Vf(pies/min):v Qdf 24 51
2. Q = Gasto o tasa de bombeo (gal/min, gpm), d2 = Dimetro del agujero (pulgadas), d1 = Dimetro externo de la sarta de perforacin (pulgadas), d = Dimetro interno de la sarta de perforacin (pulgadas).Hidrulica de la PerforacinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N92Nmero Reynolds (para flujo en el espacio anular):( ) [ ] '' 2
2 2300 * 69 . 8 * * / * 69 . 43 NNq N Dp DhDp Dh QE MW R -
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1]1
-Q -Laminar si RN < 2000Transicin RN est entre 2000 y 3000Turbulento si RN >3000Donde:RN, Nmero Anular de Reynolds (sin dimensin)MW, Densidad del Lodo (lbs/gal)EqQ300Lectura del Viscosmetro Fann a 300 RPMDh, Dimetro del Agujero (pulgadas)Dp, Dimetro de la tubera (pulgadas)
N', valor n en la Ley de Potencia = log (Q600/Q300) / log (600/300)Hidrulica de la Per
oracinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N93Clculos para el Flujo Crtico: La velocidad de bombeo (gasto) a la cual el per
il de
lujo en elespacio anular ms pequeo pasa de laminar a turbulento. Es importante mantener el
lujo en laminar al per
orar a travs de
ormaciones mecnicamente inestables.
{ }nnNCc) Dp Dh ( . .R) Dp Dh (
-1]1
-- 213002 269 8 64 43 rq
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Qc,Gasto o tasa de bombeo ,gpmRNC, Nmero Reynolds crtico , usualmente 2,000Dh , dimetro del agujero en pulgadasDp , dimetro de la tubera en pulgadasn, valor n de la Ley de Potencia = log (Q600/Q300) / log (600/300)Q300, lectura del viscosmetro Fann a 300 RPM.Hidrulica de la Per
oracinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N94Prdidas de Presin en el Espacio Anular Flujo Laminar: Si la tasa de bombeo (gasto) est por debajo del NmeroReynolds crtico en el espacio anular el clculo de prdidade presin en psi/1000
t. es:n
nDp Dh
Dp Dh APL 1]1
+- +
) ( 69 . 8) /( 75 . 3 1 2300qQ,,,Gasto o tasa de bombeo, gpmAPL, prdida de presin en el espacio anular psi/1000 ft.Dh , dimetro del agujero en pulgadasDp , dimetro de la tubera en pulgadasn, valor n en laLey de potencia = log (Q600
/Q300) /log (600/300)Q300, lectura del viscosmetro Fann a 300 RPMHIDRULI CA DE LA PERFORACI N95Prdidas de Presin en el Espacio Anular Flujo Turbulento: Si el gasto de
lujo est por arriba del nmero Reynolds crtico, el clculo
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de prdida de presin del espacio anular en psi/1000
t. ser:2 32) ( ) ( 67 . 163Dp Dh Dp Dh R
APLNC - - rQ,,Gasto o tasa de bombeo ,gpmAPL, p
dida de p
esin en el espacio anula
en psi/1000 pies.Dh , dimet
o del aguje
o en pulgadasDp , dimet
o de la tube
a en pulgadasRNC, Nme
o Reynolds c
tico , usualmente 2,000r densidad del lodo en lbs/galHid
ulica de la Pe
fo
acin
HIDRULI CA DE LA PERFORACI N96Densidad Equivalente de Ci
culacin Densidad Equivalente de Ci
culacin (DEC): (DEC): DEC es la suma de p
didas de p
esin en el espacio anula
dividida(p
ofundidad x facto
). En unidades de campo se exp
esa como:oaTVD PDEC r +S
052 .DEC, Desnsidad Equivalente de Circulacin en lbs/galpa, Prdida de la presin en el espacio anularTVD, Profundidad vertical verdadera en piesroDensidad del l d en el p z en lbs/galHidrulica de la Perf
racinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N97
Fact
res que afectan la DEC: Densidad del l
d
. Prdidas de presin en el espaci anular Pa. Ge
metra del agujer
, visc
sidad efectiva,temperatura, presin, gast tasa de b mbe , Vel
cidad de penetracin y tama
s de l
srec rtes, Eficiencia de la limpieza del agujer
Densidad Equivalente de Circulacin Densidad Equivalente de Circulacin (DEC): (DEC):
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Hidrulica de la Perf
racinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N98qDensidad Equivalente de Circulacin (E.C.D)qSi una may
r presin en el f
nd
del h
y
existiese generadap
r una may
r densidad del fluid
, p
dra pr
ducirse un retras
c
nsiderable en la vel
cidad
tasa de penetracin (ROP)qEst significa, que si existe una c ndicin dinmica, existiruna may
r presin en el f
nd
ejercida p
r una densidaddinmica del fluid
de perf
racin, de all el c
ncept
de E.C.D(Equivalent Circulati
n Density)qSe c n ce c m E.C.D, a la densidad existente dentr delh y cuand se realiza la actividad de circulacin de un fluid y referida al f
nd
la densidad que se ejerce en c
ntra de laf
rmacin que se esta atravesand
CLCULO DEL E.C.DHIDRULI CA DE LA PERFORACI N99qDensidad Equivalente de Circulacin (E.C.D)qAl existir la circulacin en el pr ces de perf racin laspr
babilidades de arremetidas
amag
s s
n men
res quecuand
se esta realizand
l
s viajes c
n la tubera, est
representa un ventaja para las c
ndici
nes dinmicasqEl clcul del E.C.D en el f nd del p z , se p dr btener
p
r la siguiente ecuacin:E.C.D =?
+[ S ?P anular ]0.052 x TVD? : Densidad riginal del fluid , ppgS?P anular: Sumat
rias de las prdidas de presin p
r friccinanular, psiTVD: Pr
fundidad Vertical Verdadera, piesCLCULO DEL E.C.DHIDRULI CA DE LA PERFORACI N100Prdida de presin dentr de la tubera: Sup
niend
fluj
turbulent
dentr
de la sarta de perf
racin
el nmer Reyn lds > 2100.
LDV fP p pp 81 . 252rP
p, P
dida de p
esin en la tube
a en psifp, Facto de f iccin pa a la tube ar Densidad del lodo en lbs/galVp, Velocidad de p omedio dent ode la tube a en pies/segD, Dimet
o inte
no de la tube
a en pulgadas
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L, Longitud de la tube
a en piesHid
ulica de la Pe
fo
acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N101P
dida de f
iccin en las Tobe
as de la Ba
ena:[ ]2 22156nbDQPS rPb, Prdida de presin en la barrena en psiQ , Gasto o tasa de bombeo en galones por minuto, gpmDn, Dimetro de las toberas en 1/32 de pulgada
r , Densidad del lodo en ppgHid
ulica de la Pe
fo
acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N102Caballaje Hid
ulico: HHP en la ba
ena = (PbQ ) / 1714 Donde; HHP , caballaje hidrulico, .Pb, prdida de presin en la barrena en psi,
Q , gasto o tasa de bombeo en gpm. HHP en la bomba = (PtQ) / 1714 Donde; HHP , caballaje hidrulico, Pt, prdida total de presin en el sistema, psi (SPP), Q , gasto o tasa de bombeo en gpm.Hidrulica de la PerforacinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N103
Velocidad del chorro en las Toberas: Se relaciona muy estrechamente con la accin de limpieza
ue se estdando en la barrena Puede llevar a la erosin del agujero a altas velocidades enformaciones frgiles Se expresa como:23 . 418nD
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QVnS Donde: Vn, velocidad del chooro en la tobera en pies/seg Q, gasto o tasa de bombeo en gpm .SDn2,suma del cuadrado de los dimetros de las toberas en 1/32 de pulgHidrulica de la PerforacinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N104Fuerza de Impacto del Chorro: La fuerza ejercida por el fluido de salida por debajo de labarrena e expresa como:1930 rn
i QVF Donde:Fi, Fuerza de impacto del chorro en libras,Q, gasto o tasa de bombeo en gpm,Vn, velocidad del chorro en la tobera en pies/segr , Densidad del lodo en lbs/galHid ulica de la Pe fo acin
HIDRULI CA DE LA PERFORACI N105 Ot
as Aplicaciones de la Hid
ulica; Pa
a calcula
o estima
las velocidades de asentamientode los
eco
tes pe
fo
ados con o sin ci
culacin Pa a calcula las p esiones de su gencia y de suabeo Pa
a calcula
velocidades segu
as en co
idas de sa
tasde pe
fo
acin y de
evestimiento Pa
a calcula
la mxima velocidad de penet
acin pa
aun g adiente de f actu a dadoHid
ulica de la Pe
fo
acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N106
Mximo Caballaje Hid
ulicoDebe adopta
se pa
a uso en fo
maciones blandas a medias. Mxima Fue
za de Impacto del Cho
oDebe adopta
se pa
a uso en fo
maciones medias a du
as. Mxima Velocidad del Cho oSe basa en la p
esin mxima pe
misible en la supe
ficie aun gasto o tasa de bombeo seleccionado.Optimizacin de la Hid
ulica en la Ba
enaClculo del flujo:1. Despus de dete
mina
el modelo de
eologa, calcule la capacidad
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de t
anspo
te del fluido.2. Calcule la cada de p
esin pa
a el aguje
o usando ya sea el Max HHP o J IF3. Decida la combinacin de Tobe
as.4. Calcule los eque imientos de caballaje de la Bomba.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N107Aho
a USTED pod
: Entende
los conceptos bsicos de hid
ulica de lape
fo
acin Desc
ibi
y calcula
las p
didas de p
esin en elsistema Desc
ibi
los facto
es que afectan la DEC Entende el p oceso pa a optimiza la hid ulica dela ba
enaHid
ulica de la Pe
fo
acinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N108TEORA Y PROCEDIMIENTOSPARA LIMPIEZA DEL AGUJ EROP
og
ama de Ent
enamientoAcele
ado pa
a Supe
viso
esHIDRULI CA DE LA PERFORACI N1091. Los p
oblemas
elacionados con la limpieza ineficiente del
aguje
o incluyen:1. Disminucin de la vida de la ba
ena2. Velocidad de penet
acin ms lenta que
esulta devolve
a mole
los
eco
tes ya pe
fo
ados.2. Rellenos del hoyo ce
ca del fondo del aguje
o du
ante losviajes cuando la bomba de lodo est apagada.3. Fo
macin de puentes en el espacio anula
lo que puedeconduci
a pegamientos de la sa
ta.P
oblemas y Sntomas de Limpieza del Aguje
oHIDRULI CA DE LA PERFORACI N110Los p
oblemas
elacionados con la limpieza ineficiente delaguje o incluyen:
4. Aumento en la densidad del espacio anula
y, a su vez, en lap esin hid osttica del lodo en el anula . Este inc ementode la p
esin hid
osttica del lodo puede causa
la f
actu
ade una fo
macin dbil expuesta, lo que da po
esultadop
dida de ci
culacin.5. En la p ctica, la limpieza eficiente del aguje o se obtienep
opo
cionando suficiente velocidad de ci
culacin al lodo depe
fo
acin en el anula
y las p
opiedades deseables delfluido.P oblemas y Sntomas de Limpieza del Aguje oHIDRULI CA DE LA PERFORACI N111Puesto que no se est
acele
ando, la sumade las fue
zas es iguala ce
oVelocidad de cada de una pa
tcula slida en un fluidoLa fue za debida a la g avedadse ve cont
a
estada po
:
Fue
za de flotacin
A
ast
e viscoso al
ededo
de la pa tcula( )
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( ) ) (18136cos23mudLEYDESTOKE gdVV ddgo s A
ast
eVi g V g Vmud pa
tsslipslip spmud pa
tpa
t pa
te pa
ter r
p p r rr r- - -HIDRULI CA DE LA PERFORACI N112Ley de Stokes Deslizamiento Newtoniano)( )r r 2
138 s mud
a tsli
dV -Expresada en unidades de campo:Aplicable donde el nmero Reynolds de la partcula es
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mudmud part partslipmudmud partslippartefdVento eDeslizami VelocidadD Para sueltoVdfde Campo unidades Enrr rrr r--89 . 1
Re57 . 3 2( )223234 21*
4621**slippartmudmud partslip Mud partpmud part
Vdg fV ddgV AFtica EnergaCin Area Arrastre Viscoso Fuerza de
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frr rrpp r rr-- slipVHIDRULI CA DE LA PERFORACI N114Para resolver la ecuacin:ento eDeslizami VelocidadD ynolds Friccin ento eDeslizami VelocidadD ReDeslizamient
en fluid
s Newt
nian
sHIDRULI CA DE LA PERFORACI N115Esfera Equivalente (Esfericidad)La esfericidad es el rea de una esfera que c
ntiene el mism
v lumen que la partcula dividida entre el rea superficial de la
partcula.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N116Ejempl 1 Qu tan rpid
se asentar en el agua una arenade dimetr
pr
medi
de 0.02 c
n una esfericidadde 0.81?HIDRULI CA DE LA PERFORACI N117Pr
cedimient
para la s
lucin1. Calcular una apr ximacin a la vel cidad de deslizamient utilizand
la Ley de St
kes.2. A partir de esa vel cidad, calcular el Fact r de Friccin y el
nmer
Reyn
lds y c
l
carl
s s
bre la grfica.3. Usar las lneas inclinadas para m verse hacia arriba de laEsfericidad de la partcula y para
btener la Friccin y elNmer de Reyn lds c rrect 4. Calcular la vel
cidad de deslizamient
c
rrecta utilizand
la ecuacin de friccinHIDRULI CA DE LA PERFORACI N118Pas
1 : Clcul
apr
ximad
de la vel
cidad dedeslizamient( )( )736 . 0
1 02 . 0 33 . 8 33 . 8 * 6 . 213813822--
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slipslips mud partslipVVdVr rHIDRULI CA DE LA PERFORACI N119Paso 2: Clculo del Facto
de F
iccin y del Nme
oReynolds
a
a la Velocidad a
oximada211 . 0 33 . 8 33 . 8 33 . 8 * 6 . 2736 . 0 02 . 057 . 357 . 322
--ffVdfmudmud partslip
partrr r114 1 02 . 0 * 736 . 0 * 33 . 8 * 928928ReReRe
NNd VNaParticle Slip mudrIng esa en la G fica f = 0.211 y Re = 114 y subiendo
o lalnea diagonal hasta la esfe
icidad de 0.81, se encuent
an los
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valo
es co
ectos de F
iccin y del Nme
o de Reynolds:F. de F
iccin = 7
Nme
o de Reynolds = 20HIDRULI CA DE LA PERFORACI N120Paso 3: Clculo de la Velocidad Real de Deslizamientosec / 1278 . 0 33 . 8 ) 33 . 8 33 . 8 * 6 . 2 (*702 . 089 . 1ft VVsli
sli
-mudmud part partslipfd
Vrr r - 89 . 1HIDRULI CA DE LA PERFORACI N121Ejemplo 2 Si se detiene la circulacin durante 60 minutos,cunto relleno habr en el fondo si el fluido contiene el2% por volumen de la arena del Ejemplo 1?HIDRULI CA DE LA PERFORACI N122Sugerencias para la solucin
Calcular la partcula ms grande que puedeasentarse en 60 mins. Qu tan alta ser la pila de arena si tiene 40% deporosidad despus de que se asienta (es decir,60% de arena y 40% de agua) cuando suconcentracin era del 2% por volumen en lacolumna antes de asentarse (es decir, 2% de arenay 98% de agua)?HIDRULI CA DE LA PERFORACI N123Solucin al Ejemplo 2 La arena se asienta a 0.1278 ft/sec 7.67 ft.min En 60 minutos caer arena al fondo desde una altura de
460 pies (7.67 pies/min x 60min = 460 pies) Si el volumen de arena es inicialmente del 2%, y laporosidad de la arena asentada es del 40%, la altura delrelleno de arena desde el fondo del pozo se calculaigualando la cantidad de arena antes de parar la bomba ydespus de 60 minutos de asentamiento: Arena Suspendida en 460 pies = Arena asentada en 60 minutospiesxH
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Alturax x3 . 154 . 0 1 02 . 0 460 ) 4 . 0 1 ( 02 . 0 460-- HIDRULI CA DE LA PERFORACI N124Problema propuesto Se requiere colocar un tapn de arena sobre un obturadordentro de una tubera de revestimiento de 7pulgadas 32#.El equipo permite bombear 5% por volumen de arena quees perfectamente esfrica de dimetro de 0.028 pulgadas.Si se quiere tener un tapn de 50 pies de altura, cuntovolumen de arena y salmuera hay qu bombear?Cunto tiempo se debe esperar antes de circular el aguapor arriba del tapn? Suponer que el tapn tendr 40% de porosidad, que laarena es de 2.65 de gravedad especfica y que el peso dela salmuera de 9 lbs/gal.HIDRULI CA DE LA PERFORACI N
125Una partcula de roca que caiga a travs del lodo slo se asentarsi puede vencer la resistencia gel del lodo. De no ser as, semantendr suspendida.Velocidad Deslizamiento No Newtoniana( )mud part s gel d r r t - 4 . 10 La fuerza de Gel del lodo requerida parasuspender partculas es proporcional altamao y a la densidad de la partcula. Una vez que se han quebrado los geles,la partcula se asentar lentamente por
el Flujo de Deslizamiento. No hay ningnmodelo para simular el Deslizamiento NoNewtoniano,HIDRULI CA DE LA PERFORACI N126Fuerza de Gel para Resistir el AsentamientoPara el problema del Tapn de Arena, a qu punto setiene que elevar la fuerza de gel si se quiere evitar elasentamiento?( )4 88 . 3 ) 33 . 8 33 . 8 6 . 2 ( 028 . 0 4 . 10 4 . 10
x x dgelmud part s gel- - tr r t
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HIDRULI CA DE LA PERFORACI N127Velocidad de Deslizamien
o No New
onianoSi el fluido se es moviendo, la par cula se asen ar, con unavelocidad relacionada con la viscosidad y el
rado de
urbulenciaV
= Va- VsdondeV
= velocidad de
ranspor
eVa= velocidad anularVs= Velocidad de Deslizamien
oHIDRULI CA DE LA PERFORACI N128Razn de Transpor
e
Si la Velocidad Desprendimien
o = 0 Proporcin de Transpor
e =1(limpieza perfec
a) Si VDesprendimien
o= Vaen
onces FTser cero (no hay limpieza y no hayasen
amien
o) Si VDesprendimien
o> V
aen onces FTser ne
a
ivo (no hay limpieza, habrasen
amien
o)aslipaTTTVV
VVFnular VelocidadA e eTranspor VelocidadDF nspor
e RazndeTra- 1HIDRULI CA DE LA PERFORACI N
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129Velocidad de Deslizamiento No NewtonianoExisten tres casos de Deslizamiento: El flujo relativo es Laminar (Nre< 3) El flujo relativo es Transicional (3< Nre< 300) El Flujo relativo es Turbulento (Nre> 300) Para saberlo, se debe calcular el nmero Reynolds de la partcula El problema es encontrar la viscosidad a la velocidad de flujo relativo(tasa de bombeo o gasto)aParticle Slip mud d VNr 928ReHIDRULI CA DE LA PERFORACI N
130Correlacin de Moore Se aplica la Ley de Potencia (n y K) para encontrarla viscosidad a la tasa ( gasto) de flujo, despusse aplica para calcular el nmero Reynolds de lapartculannaa nxV
d d K
,_
+
,_
-
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-0208 . 012144) 1 (1 2Pa
a flujo de t
ansicin:Velocidad de Deslizamiento No Newtoniano( )300 39 . 2 3 / 1 3 / 13 / 2