HIDRAULICA CON COILED TUBING Perforación no convencional UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CHIAPAS INGENIERÍA PETROLERA Abud López Carla Paola Gordillo Vargas Marcos Guadalupe. Guillén Rosales Diana Isabel Mendoza del Solar Diana Laura
6to. Cuatrimestre grupo A Suchiapa, Chis. A 29 de Junio del 2017
La perforación con coiled tubing es una perforación que involucra diversos factores como el tipo de fluido que se desplazara por la tubería, el régimen de flujo y como será su comportamiento dependiendo de los estos regímenes. Los cálcalos de hidráulica son similares que los empleados en una tubería convencional. La selección de los equipos de perforación así como de las herramientas a usar va a influenciar a las diferentes caídas de presión que se va a presentar a lo largo de toda la tubería flexible. La ecuación general para las caídas de presión en el sistema, proviene del balance de energía mecánica y está escrita por un segmento de tubería flexible.
Por lo tanto la suma de todas las pérdidas de presión está dado por ∆ = 2 − 1 donde 1 y 2 son las presiones en los puntos 1 y 2 respectivamente, la L esta representada por la longitud del segmento y θ para el ángulo con respecto a la vertical, esta pérdida
total está dada por:
∆ = ∆ℎ - ∆ − ∆ Donde:
∆ = ∆ℎ
ƿℎ
=
Hidrostática
ƿ 2
Fricción
∆ =
ƿ 2
(22 − 12 ) Aceleración
En las ecuaciones antes descritas el superíndice s hace referencia al segmento, h es la distancia vertical entre los puntos 1 y 2 donde h= Lcos θ, g es la aceleración debido a la gravedad, es la conversión de la contante de la Ley de Newton del sistema ingles de unidades, factor de fricción y es el diámetro interno de la tubería flexible, tanto
ƿ, v, 1 2
es la densidad y las velocidades
respectivamente del fluido entre los dos puntos. El factor de fricción es una función del número de Reynolds (Re) definido físicamente como el radio de la inercia de la viscosidad. Matemáticamente Re varía y es representado dependiendo del tipo de fluido (Newtonianos, No Newtonianos, gases, fluidos multifasicos) y su magnitud se distingue por el tipo de régimen de flujo ya sea laminar, transitorio o turbulento. El factor de fricción así como la viscosidad y la densidad son dependientes del tipo de régimen y los diferentes tipos de fluidos. Finalmente se asume la suma de todos los segmentos de la tubería flexible para conocer la caída de presión en todo CT. Los fluidos transportados a través de la tubería flexible pueden ser clasificados como fluidos Newtonianos y No Newtonianos. Los fluidos No newtonianos pueden dividirse
dependiendo
del
modelo
reológico
que
mejor
describa
su
comportamiento. Los modelos de Ley Exponencial y el modelo Plástico de Bingham son los más utilizados en la industria petrolera. Los fluidos que presentan una relación no lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte, se dice que son fluidos Newtonianos. Los cuales pueden describirse como: Donde la viscosidad aparente está dada:
Por lo tanto se dice que el fluido presenta un comportamiento de ley de potencia donde n representa el índice de comportamiento de flujo y k el índice de consistencia, cuando n<1 y n>1 la viscosidad del fluido es dependiente de la velocidad de corte y se caracteriza por un adelgazamiento por cizalladura y un comportamiento de espesamiento por cizallamiento respectivamente. El número de Reynolds para Ley de Potencia de fluidos es diferente para los fluidos Newtonianos y frecuentemente referidos como un número generalizado de Reynolds (ReG). Matemáticamente expresado como:
Considerando cuando n=1 se reduce el número de Reynolds Newtoniano. El número crítico de Reynolds ( ), para el flujo de tubería recta de fluidos de ley de potencia es:
Así, el flujo es laminar si ≤ y transitorio sí ˂ ˂4270-170n. El flujo es turbulento sí ˃4270-1370n. Para fluido laminar de fluidos de la ley de potencia a través de tubos rectos:
En el caso de flujo turbulento:
Donde:
Cabe señalar que para el caso newtoniano de n=1 se obtiene la ecuación de Blasius para tubos lisos sin tomar en cuenta la rugosidad de la tubería. Para los flujos CT de fluidos no newtonianos, el número critico de Reynolds de flujo laminar a turbulento, se considera como una correlación para el factor de fricción turbulenta para los fluidos de ley de potencia como :
Por otro lado, la relación entre el esfuerzo de corte y velocidad de corte para fluido plástico de Bingham se determina como:
Donde y son referidos como estrés de rendimiento y viscosidad plástica respectivamente. Al igual que el modelo de ley de potencia el fluido plástico de Bingham no es newtoniano y el comportamiento del fluido es descrito por dos parámetros. El criterio para la turbulencia de un fluido plástico de Bingham depende otro número adimensional llamado número de Hedstrom; definiéndose como:
Hanks y Pratt demostraron que He podía correlacionarse con el número crítico de Reynolds, que determina la turbulencia de inicio, obteniendo las ecuaciones siguientes:
Aquí , es el esfuerzo cortante de pared; Considerando las ecuaciones anteriores para determinar el número de Reynolds crítico, el flujo es laminar si Re < R y turbulento si Re > R . Los factores de fricción en tubería recta y en espiral se evalúan igual que en el caso newtoniano. Se ha programado la preparación de un pozo vertical a utilizare con unidad de Coiled Tubing con el objeto de obtiene reservas a menor costo y permitir a la industria petrolera de México contemplar en el corto y mediano plazo una utilización consistente y progresiva de unidades de Coiled Tubing, como una opción para mejorar costo. Debido a las reservas probadas de la formación Calalá del pozo a ser perforado al menor costo de perforación es justificable tanto técnicamente como económicamente, además por el hecho de abrir la posibilidad de una mayor producción de petróleo la utilización de una moderna tecnología adecuada a las características de los campos del noreste de México. Se tiene planificado realizar un pozo SCH-2017 hasta 6100 ft en la formación de calizas Calalá, tomando en cuenta una perforación bajo balance con una unidad de tubería flexible de Inyector de 80,000 lb / Sin mástil / Torre de colocación, con una densidad del lodo de 8.8 lpg, una mecha de 4 1/8”, se bajara un revestidor de superficie de 9 5/8” x 36 lb/ft a 500 ft, un revestidor intermedio de 5 1/2” x 17 lb/ft a 2000, 4 ½ ” x 9.50 (lb/ft) a 3100 ft, con una tubería flexible de 900 MYS, 2.375” x 1.937”, con un peso 5.159 (lb/ft), longitud 13,260 (ft), rendimiento del cuerpo de la tubería 136,200 (lbf), Carga en tensión 146,800 (lbf), se utilizara un carrete de diámetro del borde 152”, diámetro del núcleo 81”, ancho del núcleo 88”, borde libre 1”, peso vacío 13,400 (lbf), Motor de fondo hibrido 2.875” x 1”, longitud de 14.13 188.
