cap6

74

6. HIDRULICA BSICA

6 Hidrulica Bsica 6.1 Tiempo de atraso y de un ciclo del fluido de perforacin.

75

6.1 TIEMPO DE ATRASO Y DE UN CICLO DEL FLUIDO DEPERFORACIN (F.P.)

Se denomina tiempo de atraso, al tiempo para desplazar con la bomba de lodo, elvolumen de F.P. en el espacio anular, es decir, el tiempo del fondo a la superficie.Y en el trmino de un ciclo del F.P., es el tiempo para desplazar el volumen de latubera ms el espacio anular, siendo el tiempo de superficie a barrena y barrena asuperficie.

Para realizar dichos clculos se utilizan las siguientes frmulas:

Qt = 98

2 LxDCa = 0.5067 X (D2 d2) ta =

QVa

Ci = 0.5067 X Di2 t = QVt

Donde:

Qt = Gasto de una bomba triplex, en gal/emb. (100%)D = Dimetro de la camisa, en pg.L = Longitud de carrera, en pgCa = Capacidad anular, en lts/mD = Dimetro mayor, en pg.d = Dimetro menor, en pg.Ci = Capacidad en el interior de un tubo, en lts/m.Di = Dimetro interior del tubo, en pg.ta= Tiempo de atraso, en mins.Va = Volumen total en el espacio anular, en lts.Q = Gasto de bomba, en lts/min.V t= Volumen total en el interior de la tubera, en lts.t = Tiempo para desplazar el volumen de F.P. en la tubera, en mins.

Aplicacin:

Prof. 3850.0 m T.R.- 13 3/8, zapata 2820.0 m, 54.5 lb/pg, D.I.-12.615Bna. 12 , 3T 16/32Lodo.- 1.36 gr / cm3

T.P. 5 19.5 lb/pie, D.I. 4,276Tubera extrapesada (H.W.) 5 ,74.50 kg. /m, D.I.-3, 110.0 mLastrabarrenas 8 X 3 219.0 kg./m, 89.0 mBomba triplex IDECO, T 1300


76

Camisa 6 Carrera 12

105 emb/min de trabajo90% eficiencia volumtrica (ef. vol.)

Con la informacin anterior del pozo, encontrar el tiempo de atraso y de un ciclodel F.P.

Gasto de bomba

98125.6 2

=Q = 5.173 gal/emb al 100 % de eficiencia volumtrica.

X 0.90 4.655 gal/emb. Al 90% de eficiencia volumtrica

4.655 gal/emb x 105 emb/min. = 488.77 489 gal / min. 489 gal/min x 3.785 = 1850.86 1851.0 lt/min.Q = 1851.0 lt/min.

Volumen del F.P. en el espacio anular:

Por secciones: En forma prctica:

Entre Lastrabarrenas y agujero Entre agujero y T.P.Ca = 0.5067 X (12.252 82) Ca = 0.5067 X (12.252 52)Ca = 43.607 lts. /m Ca = 63.369 Lts. /m43.607 lts/m X 89.0 m = 3,881.0 lts. 63.369 lts/m X 3850.0 m= 243,970.6 lts.

Entre T.P. y Agujero: minLtsLts

Ta/0.1851

.0.970,243=

Ca = 0.5067 X (12.252 52) Ta = 131.8 min.Ca = 63.369 lts. /m Tiempo de atraso. 2 horas y 12 min.63.369 lts. /m X 941.0 = 59,630 Lts. (Diferencia de 6 min. con respectoEntre T.P. y T.R. al clculo por seccin)Ca = 0.5067 x (12.6152 52)Ca = 67.967 lts/m67.967 lts. / m X 2,820.0 m = 191,666.94 lts.Total = 3,881.0 + 59, 630,0 + 191,667Total = 255,178.0 lts.


77

Tiempo de atraso:

.0.1388.137/0.1851

.0.178,255mins

minLtsLts

Ta ==

Tiempo de atraso - 2 horas y 18 min.

Volumen del F.P. en la tubera:En lastrabarrena y H.W. (Igual dimetro interior).

Ci = 0.5067 X 32 = 4.560 lts/m

4.560 lts/m X 199.0 m =907.4 lts.En tubera de perforacin:

Ci = 0.5067 x 4.2762 = 9.264 lts/m

9.264 lts/m x 3,651.0 m =33,822.8 lts.

Total=907.0 + 33,823.0 = 34,730.0 lts.

Tiempo para desplazar el F.P. en la tubera:

.76.18/0.1851

.0.730,34min

minLtsLts

t ==

Tiempo de un ciclo del F.P.

138.0 min. + 19 min. = 157.0 min. = 2 hrs. y 37 mins.

6 Hidrulica Bsica 6.2 Velocidad del fluido de perforacin en el espacio anular y en las toberas

78

6.2 VELOCIDAD DEL FLUIDO DE PERFORACIN EN EL ESPACIOANULAR Y EN LAS TOBERAS

La velocidad con que viaja el F.P. en el espacio anular se conoce como velocidadanular, siendo expresado en m/min y pies/mins. Esta velocidad es uno de losparmetros importantes en el transporte o acarreo de los recortes del fondo a lasuperficie durante la perforacin del pozo.

Para calcular la velocidad anular en el pozo se aplica la siguiente frmula:

22

5.24

tdDa

QVa

-

=

Donde:

Va= Velocidad anular, en pies/min.Q = Gasto de bomba, en gal/min.Da= Dimetro del agujero, en pg.Dt = Dimetro de la T.P., en pg.

Calculada la velocidad anular, es conveniente compararla en formajuiciosa con la velocidad anular ptima (Fullerton), para tener una aceptacin delas condiciones adecuadas de la hidrulica.

DlDaVo

=

1416

Donde:Vo = Velocidad anular ptima, en pies/min.Da = Dimetro del agujero, en pg.D1 = Densidad del lodo, en gr/cm3

Con respecto a la velocidad del F.P. en las toberas, es un parmetro de lahidrulica que influye en forma eficiente en la limpieza del fondo del agujero,algunos autores recomiendan una velocidad de F.P. en las toberas mayor de 200pies/seg.

Con base en lo anterior, la grfica 6.1, muestra en formaapreciativa, una prueba realizada del cambio de la velocidad del F.P. en lastoberas o la barrena, obteniendo incremento en la velocidad de penetracin. Paracalcular


79

dicha velocidad, se aplica la siguiente formula, considerando que est en funcindirectamente proporcional con el gasto de la bomba e inversamente al rea, de lastoberas.

Usted puede aumentar la velocidad en las toberas, si aumenta el gasto ydisminuirlo, si disminuye el gasto. Conservando el gasto, usted aumenta lavelocidad en las toberas, si disminuye el rea de las toberas (Disminucin dedimetros) e inversamente.

AtQ

Vt

=32.0

Donde:

Vt = Velocidad del F.P. en las toberas o barrena, en pies/seg.Q = Gasto de la bomba, en gal/min.At = Area de las toberas, en pg2.

79.303,1).(.)32.( 2 igualestoberasdeNroavosdeNroenDimetro

At

=

Grfica 6.1 Efectos de la limpieza del fondo del pozo en el cambio de la velocidad del F.P. en lastoberas o barrenas (se respeta las unidades expresadas por el autor)

120

100

80

60

40

20

010 15 20 25 30 35

RE

GIM

EN

DE

PE

RF

OR

AC

IN

- p

ies

/ hr

VOLUMEN - constante a 525 gal/minROTACIN - constante a 110 rpmBARRENAS - lutitas Midway

BARRENA Nv= 286 PIES / SEG

PESO DE PERFORACIN INDICADO - 1.000 lbs.

BNA. NV. = 220 pies/seg

120

100

80

60

40

20

010 15 20 25 30 35

RE

GIM

EN

DE

PE

RF

OR

AC

IN

- p

ies

/ hr

VOLUMEN - constante a 525 gal/minROTACIN - constante a 110 rpmBARRENAS - lutitas Midway

BARRENA Nv= 286 PIES / SEG

PESO DE PERFORACIN INDICADO - 1.000 lbs.

BNA. NV. = 220 pies/seg


80

Aplicacin:

Bna. 12 3 T 16/32 Lodo.- 1.36 gr/cm3

T.P. 5 19.5 lb/pie Gasto de la bomba.- 489.0 gal/min.

Con la informacin anterior, encontrar la velocidad anular, velocidad en las toberasy verificar si son adecuadas:

minpiesminpiesVa /0.96/79.95525.12

0.4895.2422

=-

=

minpiesminpiesVo /85/99.8436.125.12

1416=

=

Con base a la Vo se puede considerar adecuada 96.0 pies/min.

rea de las toberas:

22

5890.079.1303316

pgAt =

=

Velocidad del F.P. en las toberas:

./0.26667.2655890.0

0.48932.0segpiesVt =

=

Es adecuada por ser mayor de 200 pies/seg.

6 Hidrulica Bsica 6.3 Criterio hidrulico del gasto de bomba para perforar

81

6.3 CRITERIO HIDRULICO DEL GASTO DE BOMBA PARA PERFORAR

El gasto de la bomba para perforar, podemos decir que es el inicio para obteneruna hidrulica en ptimas condiciones, ya que nos permite obtener una limpiezaadecuada en el fondo del agujero y transportar los recortes para que nuestrabarrena avance en forma eficiente. Los estudiosos en la materia relacionandirectamente el gasto de la bomba con la velocidad de penetracin y el dimetrode la barrena, recomendando los siguientes parmetros hidrulicos,.

Si la velocidad de penetracin es: Aplicar:

Menor de 4.5 m/hr 35 gal/min/pg de dimetro de la barrena

Mayor de 4.5 m/hr 40 a 45 gal/min/pg de dimetro dela barrena.

Mnimo (Por algn problema en 30 gal/min/pg de dimetro de lalas operaciones) barrena.

En las barrenas PDC, existen otras recomendaciones para el gasto debomba, con base a su alta velocidad de penetracin y los cortadores fijos, conrespecto a esto se consultan las tablas del fabricante. Cuando se tiene un motorde fondo muchas veces sus condiciones nos determinan el gasto.

Aplicacin:

Qu gasto se requiere cuando la velocidad de penetracin es de 10 min/m(6 m/hr), con una barrena tricnica de 12 ?

40 gal/min/pg x 12.25 pg = 490.0 gal/min.

Nota.- Relaciona este gasto con los problemas anteriores.

6 Hidrulica Bsica 6.4 Indice de limpieza en el agujero

82

6.4 INDICE DE LIMPIEZA EN EL AGUJERO

En la limpieza en el fondo del agujero, se encuentra en funcin de otro parmetrohidrulico que se le denomina ndice de limpieza o tambin como HP Hidrulicopor pg2 del fondo del pozo. Dicho parmetro nos proporciona una medida de lafuerza hidrulica que consume la barrena en funcin del gasto de bomba, de lacada de presin en la barrena y del dimetro de la misma. En la grfica 6.2, semuestra la grfica para verificar el ndice adecuado para una determinadavelocidad de penetracin.

Para calcular el ndice de limpieza, se utiliza la siguiente frmula:

218.1346..

DbQPb

HI

=

Donde:

I.H. = Indice de limpieza hidrulico, en H.P.H./pg2 (Caballaje hidrulico/pg2)Pb = Cada de presin en la barrena, en psiQ = Gasto de la bomba, en gal/minDb = Dimetro de la barrena, en pg.

Aplicacin:

Bna.-12 , 3T 16/32, velocidad de penetracin promedio 10 min/mGasto de la bomba 489.0 gal/min.Lodo 1.36 gr/cm3

Calcular el ndice de limpieza y verificar en la grfica para saber si se tiene eladecuado.

Cada de presin en la barrena en psi.

2

23

)(303,1)/()/(

toberaslasdereamingalengastocmgrenLodo

Pb

=

psipsiPb 0.7197195890.0303,148936.1

2

2

=

=

6 Hidrulica Bsica 6.4 Indice de limpieza en el agujero

83

ndice de limpieza:

22 /...74.125.1218.1346

489719.. pgHPHHI =

=

En la grfica 6.3 se tiene, aproximadamente, un ndice de limpieza mnimode 1.6 H.P.H. /pg2. As que es aceptable el que tenemos de 1.74 H.P.H. / pg2.

Grfica 6.2 Caballaje hidrulico / pg2 de rea del fondo

120

100

80

60

40

20

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

AVA

NC

E D

E P

ER

FO

RA

CI

N p

ie/h

ora

(m/h

r)

(36.0)

(30.0)

(24.0)

(18.0)

(12.0)

(6.0)

(0)

0

POTENCIA HIDRAULICA PARA LA BARRENA / pg del rea del fondo

HIDRULICA MNIMA

REA DE LIMPIEZAINCOMPLETA

Q2

Q3

Q4

Q1

Q5

2

Q6

6 Hidrulica Bsica 6.5 Concepto de la cada o prdida de presin en el sistema de circulacin

84

6.5 CONCEPTO DE LA CADA O PRDIDA DE PRESIN EN ELSISTEMA DE CIRCULACIN

Para mover el fluido a travs de las tuberas es necesario proporcionar unaenerga hidrulica, siendo sta la que proporciona la bomba de lodo, el manmetroque se encuentra en el tubo vertical (stand pipe) nos mide sta energa hidrulicaespecfica como cada de presin por friccin en el sistema de circulacin. Dichapresin es la suma de las cadas de presin de (fig. 6.1):

Pcs = Prdida de presin en las conexiones superficiales (Tubo vertical, manguera, unin giratoria y la flecha)

PT.P. = Prdida de presin en tubera de perforacin.Ph.w. = Prdida de presin en la tubera extrapesada.PD.C.= Prdida de presin en los lastrabarrenas (Drill collar).Pb = Prdida de presin en la barrenaPa = Prdida de presin en el espacio anular

Figura 6.1 Cada de presin por friccin en el sistema de circulacin

6 Hidrulica Bsica 6.5 Concepto de la cada o prdida de presin en el sistema de circulacin

85

Las cadas de presin por friccin estn en funcin de:

Dimetros interiores de tubera. Condiciones reolgicas del fluido de perforacin. Densidad del fluido de perforacin. Gasto de la bomba. Dimetros de toberas Espacios anulares

Existen varios modelos matemticos para calcular las cadas de presinen cada seccin, aplicndose dichos clculos principalmente en los diseoshidrulicos. Anotaremos uno de stos modelos para calcular la cada de presinen el espacio anular, suponiendo un flujo turbulento, que aplicaremos en elsiguiente tema.

( ) 82.1382.182.018.0

)(3.700*

DtDaDtDaLQDlVp

Pa+-

=

Donde:Pa = Cada de presin en el espacio anular, en lb/pg2

Vp = Viscosidad plstica, en centipois.Dl = Densidad del fluido de perforacin, en gr/cm3

Q = Gasto de la bomba, en gal/minL = Longitud del espacio anular, en mDa = Dimetro del agujero, en pg.Dt = Dimetro de la tubera, en pg.

* La frmula es aplicada para los fluidos de perforacin base-agua.

6 Hidrulica Bsica 6.6 Densidad equivalente de circulacin

86

6.6 DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACIN (D. E. C.)

Cuando se encuentra circulando el fluido de perforacin, existe una densidad quese ha tomado en la superficie que le corresponde a una presin hidrosttica yadems tenemos otra presin que es la cada de presin por friccin en el espacioanular, dicha presin convertida a densidad, nos proporciona, con la densidadtomada en la superficie (esttica), una densidad resultante llamada densidadequivalente de circulacin siendo en ste caso una presin hidrostticaligeramente mayor que la calculada en forma normal.

De acuerdo a lo anterior, en el campo se ha comprobado el efecto de lamisma en el caso de las prdidas de circulacin y de brotes, en otras aplicacionesse considera dicha D.E.C. para los viajes. La siguiente frmula se aplica paracalcular sta densidad.

Dlof

PaCED +

=

Pr703.0

..

Donde:

D.E.C. = Densidad equivalente de circulacin, en gr/cm3

Pa = Cada de presin en el espacio anular, en lb/pg2

Prof. = Profundidad del pozo, en mDl = Densidad del fluido de perforacin, en gr/cm3

Aplicacin:

Encontrar la densidad equivalente de circulacin con los siguientes datos:

Prof.- 3850.0 mBna.- 12 Lodo.-1.36 gr/cm3

Viscosidad plstica 20 cps.T.P. 5Gasto de bomba 489 gal/min

Cada de presin en el espacio anular.

82.13

82.182.018.0

)()(3.700 DtDaDlDaLQDlVp

Pa+-

=

6 Hidrulica Bsica 6.6 Densidad equivalente de circulacin

87

Donde:

Pa = Cada de presin en el espacio anular, en Lb/pg2

Vp = viscosidad plstica, en centipois (cps)Q = Gasto de bomba, en gal/minL = Longitud de espacio anular, en mDa= Dimetro del agujero, en pg.Dt = Dimetro de tubera, en pg.

Operaciones:

82.13

82.182.018.0

)525.12()525.12(3.700385048936.120+-

=Pa

Pa = 14.0 Lb/pg2 = 0.984 kg/cm2 1.0 kg/cm2

36.1002.036.10.3850

0.14703.0... +=+

=CED

D.E.C. = 1.362 gr/cm3

Nota: La cada de presin en el espacio anular es relativamente baja,debido al tamao del espacio anular.

cap6

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