Hidraulica De Perforacion

Hidráulica de perforación: Elementos, consideraciones y como se calcula

Resumen

La perforación de pozos petroleros requiere de una hidráulica que cumple con diversos objetivos, entre ellos mejorar la eficiencia de la barrena y proveer un eficiente acarreo de recortes de la formación a la superficie.

Para lograr estos objetivos se intenta ralizar una optimización hidráulica de tal manera que se obtenga el uso eficiente y racional de la energía o presión de bomba necesaria para hacer circular el lodo a través de todo sistema de circulación, con el fin de obtener una apropiada remoción del ripio y consecuentemente, mejorar la tasa de penetración de la mecha. A través de este proceso logramos un equilibrio entre el control del pozo, la limpieza del pozo, la presión de bombeo, la densidad equivalente de circulación (ECD) y la caída de presión a través de la mecha.

Introducción

La perforación de pozos petroleros requiere de una hidráulica que cumpla con los objetivos de mejorar la eficiencia de la barrena y proveer un eficiente acarreo de los recortes de formación a la superficie. El sistema hidráulico está integrado por el equipo superficial, la sarta de perforación, y el espacio anular. El cálculo hidráulico en este sistema define el diámetro óptimo de las toberas de la barrena, con el cual se obtendrá la potencia hidráulica del flujo del fluido de perforación que promueva la óptima remoción de recortes, incremento en la velocidad de penetración y en la vida de la barrena. En consecuencia, una reducción en el costo total de la perforación.

Ventajas de la hidráulica de perforación

• Optimiza el desarrollo de la perforación, sobre todo en la ROP

• Mejora la Limpieza del Hoyo

• Busca estabilizar el hoyo

• Refrescar y lubricar la mecha de perforación

• Transmitir información desde el fondo telemétricamente a través de las herramientas (MWD/LWD)

• Proveer de presión adicional a la Presión Hidrostática, es decir, la llamada densidad Equivalente de Circulación (ECD)

Contenido

La hidráulica en la perforación de pozos petroleros tiene que ver con la manera en que el flujo de fluidos crea y utiliza presiones durante el proceso de perforación, se determinan las propiedades geológicas y 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 ECD); las mismas tienen relación directa con las condiciones de operación de los equipos de perforación.

Las presiones nominales de las camisas de las bombas así como también el número de bombas, limitan al sistema a una presión máxima permisible; la cual a su vez impone un límite teórico sobre el caudal a utilizar, independientemente de las condiciones del pozo a perforar.

 Factores a considerar en la hidráulica

• Rasgo de diseño de la mecha: Se refiere a las características de la mecha; modelo, material del cual está hecha la misma, diseño de las boquillas entre otros.

• Sistema de lodo: La densidad y las propiedades reológicas del fluido de perforación influyen directamente sobre las caídas de presión y la hidráulica; por ello es sumamente importante mantener un constante monitoreo de las mismas.

• Formación: La dureza y el tipo de roca a perforar es un factor determinante en el diseño de la mecha y de la hidráulica a utilizar.

• Bombas: Referido a las características y condiciones de operación de bomba; eficiencia, emboladas por minuto, volumen máximo, diámetro del pistón entre otras.

• Diámetros: Los diámetros de la sarta, equipos de fondo, mecha, hoyo y cualquier variación que afecte los volúmenes de circulación, velocidad en la tubería, y velocidad anular. Las variaciones de diámetro en el recorrido del lodo producen caídas de presión adicionales, disminución del caudal de lodo y aumento de la presión en esa etapa.

• Caídas de Presión: A lo largo de todo el sistema de circulación; desde que el fluido sale de la bomba (Pmáx) hasta que sale por la boca del pozo (Pmín).

• Densidad equivalente de circulación (DEC): es el peso del lodo durante la circulación, influenciado por la presión de bombeo y las pérdidas de presión por fricción.

Las presiones de circulación y por consiguiente el caudal, están directamente relacionadas con la geometría del pozo y los materiales tubulares utilizados, incluyendo el equipo especial del conjunto de fondo (BHA), así como también se relacionan con la densidad y las propiedades reológicas del fluido.

Si se supone que la densidad del fluido es mantenida a un nivel mínimo seguro para el control y la estabilidad del pozo, entonces la optimización de la hidráulica depende de las propiedades reológicas del fluido y del caudal. En los cálculos de hidráulica es necesaria la utilización los siguientes parámetros, los cuales son imprescindibles a la hora empezar la optimización:

• Velocidad media de propagación en el medio.

• Número de Reynolds.

• Velocidad crítica.

 Lineamientos para el análisis hidráulico

• Perdidas de presión por fricción

La caída de presión por fricción es una pérdida de presión creada cuando el lodo de perforación pasa a través de una trayectoria de flujo. La caída de presión por fricción afecta a la presión de Bomba debido a que a mayor perdida friccional de presión, mayor presión de bomba se requiere para mantener la tasa de bombeo. Los parámetros que afectan la Pérdida de Presión por Fricción son los que se presentan a continuación:

• Diámetro Interno y longitud de la tubería de perforación (DP), lastrabarrenas (DC) y tubería pesada (HWDP).

• Herramientas de Fondo, como Motor de Fondo, RSS (Sistema de Navegación Rotatoria), Herramientas MWD/LWD, entre otros.

• Propiedades del Fluido de Perforación – Peso del Lodo, Propiedades reologicas (Viscosidad

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