Universidad Nacional del Comahue Facultad de Ingeniería Ingeniería en Petróleo Cátedra de Perforación I Trabajo Práctico Nº4
Calculo Hidráulico Año:2009
CALCULO HIDRAULICO. Se utilizará una regla hidráulica de Reed Drilling Equipment. CAÍDADEPRESIÓNPORFRICCIÓNENUNSISTEMADE CIRCULACIÓN Cuandounfluidofluyedentrodeunatubería,al friccióndelfluidocon las paredes,originaunacaídadepresiónqueseincrementaalaumentarlaprofundidad delpozo.
PRINCIPIOSGENERALES:
Con tuberías del mismo diámetro, la pérdida de presión debido a la fricción es proporcional a la longitud de la tubería y ligeramente proporcional a la velocidad del fluido.
La pérdida de presión en tuberías de gran diámetro, es menor que en las tuberías de menor diámetro a la misma velocidad de flujo.
A una presión dada, proporcionada por la bomba de lodo, habrá pérdidas de presión a través de todo el sistema de circulación, desde la succión de la bomba hasta la descarga en la línea de flujo (línea de flote).
A mayores profundidades, habrá mayores pérdidas de presión, debido al aumento de distancia con la fuente de presión (bombas de lodos). Por eso al aumentar la profundidad de los pozos, se han tenido que adquirir equipos con bombas de lodos más potentes.
La pérdida de presión a través de las sartas de trabajo y lastrabarrenas, varían de acuerdo a sus diámetros de interiores y longitud, así co mo por la velocidad del fluido.
En el caso de las barrenas o molinos, al disminuir el tamaño de los orificios de
salida,habrámayorpérdidadepresión,perohabrámayorvelocidaddechorro (mayorimpacto).
En la pérdida de presión alrededor de los lastrabarrenas, sartas de trabajo, dependerá del diámetro interior del agujero y del diámetro ex terior y longitud de cada sarta
PARTES MÁS CRÍTICAS PARA MEDIR PÉRDIDAS DE PRESIÓN:Para determinarlapérdidadepresiónenelsistemadecirculación,seutilizanenla prácticaciertospuntosdelsistemaqueporsuubicaciónestratégicanospermiten calcularlapérdidadepresiónenellosyofrecenasídatosparacalcularlapresión totaldelsistema.Estospuntosaparecenenlasiguientefigura:
FigUbicacióndepérdidasdepresión A los efectos del practico se distinguen 6 tipos de pérdidas de cargas en una perforación: 1. Pérdida de carga equipo de superficie. Es la pérdida de carga que va desde la impulsión de la bomba hasta el vástago inclusive. 2. Pérdida de carga en el interior de la barra de sondeo. 3. Pérdida de carga en el interior del portamecha. 4. Pérdida de carga en las boquillas del trépano. 5. Pérdida de carga en el espacio anular de portamecha. 6. Pérdida de carga en el espacio anular de barra de sondeo.
Se utiliza bomba Triplex Ideco T1600 HP 71/2”x12” 1ra FASE 1.
Pérdida de carga en superficie.
δ= 1180=9,8 lb/gl VP (viscosidad plástica) = 20 PF (punto de fluencia) = 15 Q=700 GPM Diámetro de trépano= 17,5” Colocar el caudal de la bomba opuesto a la densidad del lodo y leer el número de índice opuesto a la flecha IN.
Fijar el número de índice opuesto al número de caso del equipo de superficie. Leer la pérdida de presión opuesta a la viscosidad plástica. IN= 180 ΔP=155psi 2.
Pérdida de carga interior barra de sondeo.
Colocar el caudal de la bomba opuesto a la densidad del lodo y leer el número de índice opuesto a la flecha IN. Fijar el número de índice opuesto al diámetro equivalente (ID) de la barra de sondeo. Leer la pérdida de presión opuesta a la viscosidad plástica. IN= 180 ID= 4,23” ΔP ΔP=165psi/1000ft 781ft=128psi. 3.
Pérdida de carga espacio interior de PM.
Colocar el caudal de la bomba opuesto a la densidad del lodo y leer el número de índice opuesto a la flecha IN. Fijar el número de índice opuesto al diámetro interno (ID) del portamecha. Leer la pérdida de presión opuesta a la viscosidad plástica. -Portamechas de 6 ¾” x 2 13/16” y 8 ¾” x 2 13/16” ID= 2.81 IN=180 ΔP ΔP=290psi/1000ft 450ft=130psi. - portamechas de 9 ½” x 3” ID= 3 IN= 137
ΔP ΔP=260psi/1000ft 81ft=21,06psi. 5.
Pérdida de carga espacio anular de PM.
En el espacio anular no se utilizan caudales sino velocidades anulares. Para calcular la velocidad anular se fija el diámetro del pozo menos diámetro externo de la tubería, opuesto al diámetro de pozo más diámetro externo de la tubería. Leer la velocidad anular opuesta al caudal de salida de la bomba. Luego se fija la velocidad anular opuesta a la densidad del lodo y leer el número índice OUT. Fijar OUT al diámetro de pozo menos el OD de la tubería. Leer la pérdida de presión a 1000 ft en el anular opuesto a la viscosidad plástica. Ø prom=(14x6,75+8,75+3x9,5)/18=7.32” Ø pozo- ØPM= 17.5”-7.32”=10,18” Ø pozo+ØPM= 17,5”+7,32””=24,82” Vanular =69 ft/min OUT=24 Fijando el OUT con el diámetro del pozo menos el OD de la tubería (10,18) la perdidas de carga se van fuera de la escala. Por lo tanto la pérdida de carga en el espacio anular para los 531 ft es prácticamente nula. ΔP=0 5.
Pérdida de carga espacio anular de barra de sondeo.
En el espacio anular no se utilizan caudales sino velocidades anulares. Para calcular la velocidad anular se fija el diámetro del pozo menos diámetro externo de la tubería, opuesto al diámetro de pozo más diámetro externo de la tubería. Leer la velocidad anular opuesta al caudal de salida de la bomba. Ø pozo- ØS= 17,5”-5”=12,5” Ø pozo+ØS= 17,5”+5”=22,5” Vanular =61 ft/min
Fijar la velocidad anular opuesta a la densidad del lodo y leer el número índice OUT. Fijar OUT al diámetro de pozo menos el OD de la tubería. Leer la pérdida de presión a 1000 ft en el anular opuesto a la viscosidad plástica. OUT= 18 Fijando el OUT con el diámetro del pozo menos el OD de la tubería (12,5) la perdidas de carga se van fuera de la escala. Por lo tanto la pérdida de carga en el espacio anular para los 780 ft es prácticamente nula. ΔP=0
La pérdida de carga total en la primer fase es: ΔP1ra fase=155psi+128psi+130psi+21,06psi=434psi. La potencia de la bomba es 2988psi. ΔPtrépano=2988psi-434psi=2554psi. Como la caída de potencia en las boquillas del trépano es mayor al 50% de la potencia de la bomba, estamos trabajando con máxima potencia de fondo. Cálculo de las boquillas: Fijar la caída de presión en las boquillas de trépano opuesto a la densidad del lodo. Leer el tamaño o el área de las boquillas opuesto al caudal de la bomba. 2
Aequivalente=0,425 pulg . Si utilizamos un trépano tricono podemos utilizar: 2 boquillas de 14/32” y una boquilla de 13/32”
2ra FASE 1.
Pérdida de carga en superficie.
δ= 1180=9,8 lb/gl VP (viscosidad plástica) = 20 PF (punto de fluencia) = 15 Q=700GPM
Diámetro de trépano= 12,25” Colocar el caudal de la bomba opuesto a la densidad del lodo y leer el número de índice opuesto a la flecha IN. Fijar el número de índice opuesto al número de caso del equipo de superficie. Leer la pérdida de presión opuesta a la viscosidad plástica. IN= 180 ΔP=155psi 2.
Pérdida de carga interior barra de sondeo.
Colocar el caudal de la bomba opuesto a la densidad del lodo y leer el número de índice opuesto a la flecha IN. Fijar el número de índice opuesto al diámetro equivalente (ID) de la barra de sondeo. Leer la pérdida de presión opuesta a la viscosidad plástica. IN= 180 ID= 4,23” ΔP ΔP=165psi/1000ft 6030ft=995psi 1.
Pérdida de carga espacio interior de PM.
Colocar el caudal de la bomba opuesto a la densidad del lodo y leer el número de índice opuesto a la flecha IN. Fijar el número de índice opuesto al diámetro interno (ID) del portamecha. Leer la pérdida de presión opuesta a la viscosidad plástica. -Portamechas de 6 ¾” x 2 13/16” y 8 ¾” x 2 13/16” ID= 2.81 IN=180 ΔP ΔP=290psi/1000ft 450ft=130psi. - portamechas de 9 ½” x 3”
ID= 3 IN= 137 ΔP ΔP=260psi/1000ft 81ft=21,06psi. 2.
Pérdida de carga espacio anular de PM.
En el espacio anular no se utilizan caudales sino velocidades anulares. Para calcular la velocidad anular se fija el diámetro del pozo menos diámetro externo de la tubería, opuesto al diámetro de pozo más diámetro externo de la tubería. Leer la velocidad anular opuesta al caudal de salida de la bomba. Ø prom=(14x6,75+8,75+3x9,5)/18=7.32” Ø pozo- ØPM= 12,25”-7.32”=4,93” Ø pozo+ØPM= 12,25”+7,32””=19,57” Vanular =172 ft/min Fijar la velocidad anular opuesta a la densidad del lodo y leer el número índice OUT. OUT=74 Fijar OUT al diámetro de pozo menos el OD de la tubería. Leer la pérdida de presión a 1000 ft en el anular opuesto a la viscosidad plástica. ΔP ΔP=4,4psi/1000f t 531ft=2,34psi. 3.
Pérdida de carga espacio anular de barra de sondeo.
En el espacio anular no se utilizan caudales sino velocidades anulares. Para calcular la velocidad anular se fija el diámetro del pozo menos diámetro externo de la tubería, opuesto al diámetro de pozo más diámetro externo de la tubería. Leer la velocidad anular opuesta al caudal de salida de la bomba. Ø pozo- ØS= 12,5”-5”=7,5” Ø pozo+ØS= 12,5”+5”=17,5”
Vanular =130 ft/min Fijar la velocidad anular opuesta a la densidad del lodo y leer el número índice OUT. Fijar OUT al diámetro de pozo menos el OD de la tubería. Leer la pérdida de presión a 1000 ft en el anular opuesto a la viscosidad plástica. OUT= 59 Fijando el OUT con el diámetro del pozo menos el OD de la tubería (7.5) la perdidas de carga se van fuera de la escala. Por lo tanto la pérdida de carga en el espacio anular para los 6030 ft es prácticamente nula. ΔP=0
La pérdida de carga total en la segunda fase es: ΔP3ra fase=155psi+995psi+130psi+21,06psi+2,34psi=1303psi. La potencia de la bomba es 2988psi. ΔPtrépano=2988psi-1303psi=1685psi. Como la caída de potencia en las boquillas del trépano es mayor al 50% de la potencia de la bomba, estamos trabajando con máxima potencia de fondo. Cálculo de las boquillas: Fijar la caída de presión en las boquillas de trépano opuesto a la densidad del lodo. Leer el tamaño o el área de las boquillas opuesto al caudal de la bomba. El área equivalente de las boquillas es: 2
Aequivalente=0,52 pulg . Si utilizamos un trépano tricono podemos utilizar: 2 boquillas de 15/32” y una boquilla de 16/32”
3ra FASE 1.
Pérdida de carga en superficie.
δ= 1250=10,4 lb/gl VP (viscosidad plástica) = 25
PF (punto de fluencia) = 20 Q=320GPM Diámetro de trépano= 8,5” Colocar el caudal de la bomba opuesto a la densidad del lodo y leer el número de índice opuesto a la flecha IN. Fijar el número de índice opuesto al número de caso del equipo de superficie. Leer la pérdida de presión opuesta a la viscosidad plástica. IN= 138 ΔP=37psi 2.
Pérdida de carga interior barra de sondeo.
Colocar el caudal de la bomba opuesto a la densidad del lodo y leer el número de índice opuesto a la flecha IN. Fijar el número de índice opuesto al diámetro equivalente (ID) de la barra de sondeo. Leer la pérdida de presión opuesta a la viscosidad plástica. IN= 138 ID= 4,23” ΔP ΔP=39psi/1000ft 10834ft=422,5psi. 3.
Pérdida de carga espacio interior de PM.
Colocar el caudal de la bomba opuesto a la densidad del lodo y leer el número de índice opuesto a la flecha IN. Fijar el número de índice opuesto al diámetro interno (ID) del portamecha. Leer la pérdida de presión opuesta a la viscosidad plástica. IN=138 Id=2,81” ΔP ΔP=225psi/1000ft 650 ft=146,25psi.
4.
Pérdida de carga espacio anular de PM.
En el espacio anular no se utilizan caudales sino velocidades anulares. Para calcular la velocidad anular se fija el diámetro del pozo menos diámetro externo de la tubería, opuesto al diámetro de pozo más diámetro externo de la tubería. Leer la velocidad anular opuesta al caudal de salida de la bomba. Ø pozo- ØPM= 8,5”-6,75”=1,75” Ø pozo+ØPM= 8,5”+6,75”=15,25” Vanular =290 ft/min Fijar la velocidad anular opuesta a la densidad del lodo y leer el número índice OUT. Fijar OUT al diámetro de pozo menos el OD de la tubería. Leer la pérdida de presión a 1000 ft en el anular opuesto a la viscosidad plástica. OUT= 104 ΔP ΔP= 43psi/1000ft 650ft=27,95psi 5.
Pérdida de carga espacio anular de barra de sondeo.
En el espacio anular no se utilizan caudales sino velocidades anulares. Para calcular la velocidad anular se fija el diámetro del pozo menos diámetro externo de la tubería, opuesto al diámetro de pozo más diámetro externo de la tubería. Leer la velocidad anular opuesta al caudal de salida de la bomba. Ø pozo- ØS= 8,5”-5”=3,5” Ø pozo+ØS= 8,5”+5”=13,5” Vanular =165 ft/min Fijar la velocidad anular opuesta a la densidad del lodo y leer el número índice OUT. Fijar OUT al diámetro de pozo menos el OD de la tubería. Leer la pérdida de presión a 1000 ft en el anular opuesto a la viscosidad plástica. OUT= 73
ΔP ΔP=7psi/1000ft 10834ft=75,83psi.
La pérdida de carga total en la tercera fase es: ΔP3ra fase=37psi+422,5psi+146,25psi+27,95psi+75,83psi=709,53psi. La potencia de la bomba es 2988psi. ΔPtrépano=2988psi-709,53psi=2278,47psi. Como la caída de potencia en las boquillas del trépano es mayor al 50% de la potencia de la bomba, estamos trabajando con máxima potencia de fondo. Cálculo de las boquillas: Fijar la caída de presión en las boquillas de trépano opuesto a la densidad del lodo. Leer el tamaño o el área de las boquillas opuesto al caudal de la bomba. Si utilizamos un trépano tricono podemos utilizar: 2 boquillas de 10/32” y una boquilla de 9/32”
Este trabajo fue corregido y aprobado por la catedra de Perforacion I de la facultad de ingenieria de la universidad nacional del Comahue.
