10-Molienda de Empacadores

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Terminación

GUÍA DE DISEÑO PARA

s e r o d a c a a d p n m e i l E o e M d

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GUÍA DE DISEÑO PARA LA MOLIENDA DE EMPACADORES

Durante la molienda del empacador, el acarreo de recortes es un factor muy import imp ortant ante e para la lim limpie pieza za del poz pozo. o. Esta Es ta gu guía ía pr pres esen enta ta un una a me meto todo dolo lo











CONTENIDO

MOLIENDA DE EMPACADORES

1. OBJETIVO 2. IN INTR TROD ODUC UCC CIÓ IÓN N 3. ACT ACTIVID IVIDADE ADES S EN LA MOL MOLIEND IENDA A DE UN EMPACADOR 4. M E T O D O L O G Í A P A R A DETERMINAR LA HIDRÁULICA DURANTE LA MOLIENDA DEL EMPACADOR a. Caracterización del fluido de reparación b. Determinación de las propieda des del fluido de reparación c. Cálculo de la velocidad de transporte d. Determinación del factor de transporte e. Selección del gasto crítico del fluido de reparación APÉNDICE 1. Nomenclatura APÉNDICE 2. Gráfica de factores de fricción para calcular la velocidad de deslizamiento de las partículas de diferentes esfericidades APÉNDICE 3. Diagramas de flujo para calcular la velocidad de deslizamiento del recorte y el factor de transporte












1. Objetivo Proporcionar una guía para la molienda de empacadores de producción durante la reparación de pozos, utilizando los principales requerimientos hidráulicos para el fluido utilizado, como es la velocidad media de flujo en el espacio anular (gasto mínimo requerido), la velocidad de deslizamiento del recorte de fierro y el factor de transporte; además de determinar las propiedades reológicas más adecuadas para el transporte de las partículas; esto con la finalidad de optimizar la hidráulica en el proceso, realizando una operación mas eficiente y en menor tiempo. Queda fuera de alcance de esta guía describir características y condiciones recomendadas de operación de los diferentes molinos, pues esta información puede ser obtenida de catálogos de las compañías de servicio.

intervenciones es la molienda del empacador de producción, pues está compuesto de materiales de diferente dureza, lo cual hace complicado el proceso de la molienda ( Figura 1).

Figura 1. Empacador permanente.

2. Introducción

En la actualidad existe una gran variedad de molinos y motores de fondo que son utilizados en este tipo de actividades, algunos más agresivos que otros y generando diferente forma geométrica del recorte.

Existen varias razones por las cuales se interviene un pozo. Una de ellas es la declinación de su potencial productor durante su vida productiva. En ese

La selección del molino se basa principalmente en los criterios de mayor velocidad y menor desgaste; sin embargo durante el proceso de la











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reológicas del fluido ( t ), así p,m a,r , m , etc. como las condiciones operativas (psm y rpm). Estas ultimas quedan fuera del alcance de esta guía. El factor de transporte del fierro molido estará influenciado por la velocidad media anular del fluido, de la velocidad de deslizamiento del material molido, las propiedades reológicas (densidad, viscosidad newtoniana o aparente y punto de cedencia) y de las propiedades del material molido (geometría, peso). Durante la molienda de empacadores es importante que se tenga en circulación el fluido utilizado, al igual que se deben de contemplar los parámetros operativos de forma apropiada, en función del tipo de molino, dureza y características del pozo ( tipo de empacador, fluidos de terminación, tuberías de revestimiento, aparejo de fondo, tipo de equipo y profundidad del empacador) .

Cabe señalar que para pozos depresionados con baja presión estática del yacimiento, será necesario colocar un tapón de sal o un tapón mecánico recuperable bajado con tubería flexible abajo del empacador empacador,, o usar un fluido de baja densidad para garantizar la circulación del fluido en el sistema durante la molienda. Existen diferentes marcas de molinos que se diferencian principalmente por el material empleado en el revestimiento de los conos o cuchillas, pero los usos y procedimientos de operación son similares, entre los mas comunes tenemos: Junk Mill ? Piraña ? Blade Mill ? Metal Muncher ? Plano ? Depredador ? Cóncavo ? Las Figuras 2, 3 y 4 se se muestran muestran los molinos junk mill, plano y piraña respectivamente.












2. Circular y acondicionar el fluido seleccionado para la molienda en el fondo del pozo, homogenizando columnas.

Figura 4. Molino Piraña. Es importante mencionar que la metodología propuesta puede ser empleada para moler cualquier herramienta metálica en el pozo e inclusive tubería (de revestimiento, de perforación, etc). Este procedimiento también se aplica en operaciones de molienda con tubería flexible.

3. Actividades en la molienda de un empacador

3. Moler el empacador desde su parte superior hasta alcanzar las cuñas y el elemento de empaque en un rango de 0.60 a 1.0 m. Es importante determinar la interacción molino - empacador, ya que de esto depende en gran parte el tipo de recortes que se obtendrán durante la molienda y podrán definirse las condiciones de hidráulica para recuperarlos eficazmente. 4. Después de moler las cuñas del empacador y el elemento de empaque, se procede a circular un bache viscoso para acarrear los recortes generados en la molienda. 5. Sacar el molino a superficie para observar y analizar la condición física del mismo, determinando el desgaste sufrido por el molino en función del tiempo de operación efectivo.

A c o n t i n u a c i ó n s e d e s c r i b e n brevemente las 14 actividades 6. Efectuar viaje de limpieza al fondo del identificadas en algunas operaciones pozo con niple de aguja y canastas de molienda. Después de seleccionar colectoras para remover la chatarra.













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8. Sacar a superficie las canasta colectoras y el niple de aguja, y registrar el peso (kg) de la cantidad de recortes recuperados. Es importante llevar un registro detallado de las condiciones de hidráulica y la cantidad de recortes recuperados considerando el peso y tamaño del recorte.

de circulación inversa con el propósito de recuperar los remanentes de pedacería de fierro. El dispositivo está formado de canastas magnéticas que generan un contraflujo dentro del pozo, lo cual permite que cualquier resto de pedacería de fierro sea removido.

13. Operar la canasta de circulación 9. Armar y meter aparejo de pesca con i n v e r s a d u r a n t e 1 h o r a pescante tipo arpón o en última aproximadamente, por efecto de la instancia, meter un pescante tipo circulación del fluido y el campo machuelo para recuperar los restos del magnético, para retirar del seno del empacador.. Es importante notar que, si fluido el resto de rebaba empacador rebaba fina y pedazos pedazos existe suficiente fondo en el pozo que de metal. Considerar la introducción de no sea de interés, se deberá deslizar el un niple de aguja o zapata dentada para empacador hacia abajo y no recuperar recuperar pedacería, circulando en sus restos. inversa. 10. Operar el aparejo de pesca sobre los restos del empacador, trabajando con rotación de la herramienta a la derecha y a la izquierda, aplicándole peso sobre la misma, con el propósito

14. Sacar a superficie la canasta de circulación inversa y cuantificar los recortes recuperados (peso y tamaño).












a.- Caracterización del fluido de reparación

minerales y sintéticos.

La Figura 5 representa al modelo del En este inciso se mostrará cómo fluido Newtoniano, el cual es una línea caracterizar el fluido de reparación que recta que parte del origen cuando se se está utilizando durante la molienda grafica en coordenadas rectangulares, del empacador, con objeto de conocer el esfuerzo de corte ( t ) vs la velocidad el modelo matemático a emplear en el de corte ( y y), en otras palabras, la lectura cálculo de la hidráulica. Fann vs la velocidad del rotor rotor.. Esta guía presenta las ecuaciones y el procedimiento para determinar la hidráulica más apropiada para la molienda del empacador para los siguientes modelos reológicos: Newtoniano ? No newtoniano: ? Plásticos de Bingham ? Ley de Potencias ? Fluidos Newtonianos Figura 5. Modelo de fluido Newtoniano en











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Cabe señalar que este modelo ha sido usado mas frecuentemente para describir las características de flujo de los fluidos.

La Figura 7 representa el modelo Plástico de Bingham en coordenadas logarítmicas.

Un fluido Plástico de Bingham no fluirá hasta que el esfuerzo de corte aplicado ) exceda un cierto valor mínimo ( t conocido como punto cedente ( t p). Este modelo es matemáticamente representado por : (2) donde (t ) es el punto cedente, ( m ) es la viscosidad plástica y ( g ) es la velocidad de corte. Figura 7. Modelo Plástico de Bingham en p

p

La Figura 6 muestra un perfil de flujo de un fluido con el modelo Plástico de Bingham en coordenadas rectangulares. Se puede observar que tiene que ser aplicada una mínima fuerza para impartir movimiento; posteriormente el comportamiento

coordenadas logarítmicas.

Modelo de Ley de Potencias El modelo de Ley de Potencias intenta superar las deficiencias del modelo












n t = k * g

(3)

Este modelo requiere de dos parámetros para su caracterización: el índice de comportamiento ( n), el cual es considerado como una medida del grado de desviación de un fluido con comportamiento Newtoniano y el índice de consistencia ( k ), ), este es un indicativo de grado de bombeabilidad o espesamiento del fluido. La Figura 9, representa el modelo de Ley de Potencias en coordenadas logarítmicas. Se puede observar que prácticamente es una línea recta.

Figura 9. Modelo de Ley de Potencias en coordenadas logarítmicas.

Para caracterizar los modelos reologicos Newtonianos y No Newtonianos ( Plásticos de Bingham y Ley de Potencias) se registran los datos obtenidos del viscosímetro Fann a diferentes revoluciones por minuto











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La Figura 10, presenta de manera. esquemática los tres modelos reologicos en coordenadas rectangulares.

Figura 11. Modelos reológicos (Plástico de Bingham y Ley de Potencias) representados en coordenadas logarítmicas. b.- Determinación de las propiedades del fluido

Para determinar las propiedades reológicas del fluido, se requiere realizar el análisis de laboratorio utilizando el viscosímetro Fann, registrando las lecturas marcadas (q ) a diferentes y q y , q , q , q , q , 3 6 1 0 0 2 0 0 3 0 0 6 0 0 revoluciones por minuto, como se muestra en la Tabla Tabla 1: Figura 10. Modelos reológicos (Newtoniano, Plástico de Bingham y Ley de Potencias) representados en coordenadas rectangulares.

Velocidad del rotor L600 L300 L200 L100 L6

Lectura Fann ( q ) N














Donde N es el numero de revoluciones r evoluciones por minuto a la cual se toma la lectura marcada del viscosímetro Fann, para este caso se considera la lectura ( N ) igual a 300 rpm quedando la Ecuación (4) como :

m = q 300 Fluidos no Newtonianos Modelo Plástico de Bingham

(5)

En el caso de lodos bentonita-agua, se recomienda que la viscosidad plástica (m p) sea utilizada como la viscosidad aparente (m ). a Modelo de Ley de Potencias Para calcular el modelo de Ley de Potencias, los parámetros a determinar son n , k y m a

El índice de comportamiento ( n), se determina conociendo las lecturas Para el modelo Plástico de Bingham, se obtenidas a 600 y 300 rpm con el determina la viscosidad plástica (m p) y el viscosímetro Fann, y se aplica la











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La velocidad de transporte es la velocidad con la que los recortes son transportados por el fluido en el espacio anular hasta la superficie, y está determinada por la velocidad media del fluido en el espacio anular menos la velocidad de deslizamiento del recorte molido. Matemáticamente, esto es: v

T

va v = sl

(12)

La velocidad de deslizamiento de la partícula o recorte ( g ), es la velocidad sl ), con la que una partícula desciende a través del seno de un fluido y esta en

recuperados en la molienda de empacadores.












(15)

velocidad de deslizamiento q previamente calculada es la correcta; si va = el número de Reynolds es mayor que 2.448 * ( d 22 d 12 ) 0.1, significa que el flujo alrededor de la A con contin tinuac uación ión se mue muestr stra a cóm cómo o partícula presenta turbulencia; es decir decir,, d e t e r m i n a r l a v e l o c i d a d d e que las partículas del fluido se mueven deslizamiento de la partícula ( v sl ) para en desorden generando remolinos. En los modelos reologicos tratados en esta e s t e c a s o , l a v e l o c i d a d d e deslizamiento se determina empleando guía. la siguiente Ecuación : Fluidos Newtonianos La Ley de Stoke (Ecuación 13) es utilizada para determinar la velocidad de deslizamiento de una partícula

v sl = 1.89 *

d s f

*

(r r s f )

r f

(17)











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.Con el número de Reynolds calculado,

usamos la gráfica siguiendo paralelamente las líneas inclinadas hasta intersectar el valor de esfericidad determinado; posteriormente, proyectamos una línea a la izquierda, paralela al eje del número de Reynolds, y obtenemos el valor del factor de fricción ( f ). f ). El procedimiento de cálculo para un patrón de flujo turbulento alrededor de la partícula ( N ) es como sigue: se N Reñ 0 . 1 asume que el flujo alrededor de la

Modelo reológico

Correlación

Plástico de Bingham Ley de Potencias

Chien Moore

Tabla 3. Modelo reológico y correlación a emplear para el cálculo de la velocidad de deslizamiento.

Modelo de Plástico de Bingham La correlación de Chien es empleada cuando se utiliza un fluido de reparación r eparación que tiene un comportamiento de












Para un número de Reynolds mayor a é ù 300, se tendrá flujo turbulento. En estas ê ú condiciones, el factor de fricción ( f ) es ê 36800 * d s ú aproximadamente 1.5. Sustituyendo (r r s f ) A = * 1 1 + ê ú 2 r æ ö f ê ú este valor en la Ecuación (17), m a ç ÷ ê ú tendremos la ecuación para determinar ç ÷ 8 . 345 * * d r f s ê è ø ú ë û la velocidad de deslizamiento en condiciones de turbulencia: El procedimiento de cálculo es como sigue: r d s * r s f (20) Se calcula la velocidad de v sl = 1.54 * r deslizamiento con la Ecuación (19) y f posteriormente se calcula el número de Reynolds con la Ecuación (19). Si éste Por otro lado, si el número de Reynolds es mayor a 100, la velocidad de es menor que 3, el patrón de flujo es considerado laminar. Para estas

()













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posteriormente se calcula el número de Reynolds con la Ecuación (16). Si éste tiene un valor entre 3 y 100, la velocidad de deslizamiento previamente calculada es la correcta; en caso contrario, seleccionar la ecuación correspondiente; es decir para valores

D. - Determinación del factor de D.transporte

La velocidad de transporte es un indicativo que nos refleja sí se está llevando una operación adecuada de












también se incrementa; por lo tanto, entre más se acerque a uno el factor de transporte, mejor limpieza se tendrá en el pozo.

recortes tiene mejor desempeño cuando se presenta flujo turbulento A continuación se muestra cómo determinar el gasto de bombeo para alcanzar un patrón de flujo turbulento en En términos prácticos, se puede decir el espacio anular, en los tres modelos que un valor de 0.6 a 1 como factor de reológicos descritos en esta guía.











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qmin

(27) 2.448 * vc * ( d 2 d 2 ) = 2 1

Fluidos no Newtonianos Modelo Plástico de Bingham

Posteriormente, se determina la viscosidad aparente y el número de Reynolds, si éste es menor a 2100, considerar un gasto mayor; de lo contrario, considerar un gasto menor. El mínimo gasto necesario para alcanzar las condiciones de turbulencia es el que












Apéndice 1. Nomenclatura D = Profundidad (m) d = Diámetro del recorte (pg) d = Diámetro equivalente del

Velocidad dad del rotor (300 rpm) N = Veloci q = Gasto supuesto del fluido

(gal/min)

qmin = Gasto mínimo para alcanzar

condición de turbulencia











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m Viscosidad Newtoniana (cp) =

m p = Viscosidad plástica (cp) m a = Viscosidad aparente (cp) t =Punto de cedencia
























Pagina veintitres












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