“AÑO DE LA LA INVERSION PARA EL DESARROLLO
RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA”
Integrantes (PERFORACION II): Lachira Sernaque Cesar Leyton Juárez Juan Diego Marcelo Farfan Benji Matta Bayona Brenda Merino Diaz Kenyi
Facultad: Ingeniería de Minas Especialidad/Escuela: Ingeniería de Petróleo Profesor: Ing. Juan Carlos Aliaga Trabajo: “Factores que afectan la velocidad de Penetración” Ciclo:
Sexto Ciclo
Factores que afectan la velocidad de penetración Introducción
Precios de perforación petrolera se han mantenido prácticamente constantes en los últimos diez o quince años a pesar de que se ha producido el mayor período inflacionario historia de Estados Unidos durante el mismo tiempo. Esta estabilidad de precios única se ha debido, en gran parte , a la naturaleza altamente competitiva y con recursos de la industria de la perforación en general, y para el piso de perforación , escritorio, pensamiento y de laboratorio y la experimentación que se ha traducido en una mejora de las técnicas y equipos para hacer el agujero más rápido. Los factores que afectan a la velocidad de penetración son muy numerosos y, ciertamente, no se entienden completamente en este momento . Sin lugar a dudas , existen las variables influyentes que aún no están reconocidos . Un análisis riguroso de la tasa de perforación se complica por la dificultad de aislar completamente la variable en estudio . Por ejemplo , la interpretación de los datos de campo puede implicar incertidumbres debido a la posibilidad de changues no detectados en propiedades de las rocas . Estudios de efectos de fluidos de perforación siempre se ven afectados por la dificultad de preparar dos lodos que tiene todas las propiedades idénticas, excepto el que está bajo observación. Estas y otras complejidades que se harán más evidentes en las secciones posteriores. Mientras que es generalmente deseable para aumentar la tasa de penetración, tales ganancias no deben hacerse a expensas de , efectos perjudiciales sobre compensadores . La tasa de perforación en el fondo más rápido no necesariamente resulta en el menor costo por pie de taladro , otros factores como el desgaste poco acelerado, falta de equipo , etc. , pueden elevar el costo . Estas restricciones deben ser tenidas en cuenta durante la discusión que sigue , que se refiere en gran medida con la tasa de perforación en el fondo. Algunas de las variables más reconocibles que afectan la tasa de penetración son los siguientes: 1. Eficiencia de personal a. competencia
(1) La experiencia (2) un entrenamiento especial b. Los factores psicológicos
(1) Las relaciones empresa-trabajador
(2) orgullo de trabajo (3) oportunidad para el avance
3. formación características
a. resistencia a la compresión b. La dureza y / o abrasividad c. Estado de la tensión subterránea (presión de sobrecarga, etc.) d. Elasticidad _ frágil o de plástico e. Adhesiones o bolas tendencia f. permeabilidad g. Contenido líquido y la presión intersticial h. porosidad i. temperatura
4. Los factores mecánicos
a. Peso sobre la broca b. velocidad de giro c. tipo de Bit
5. propiedades del lodo
a. densidad b. contenido en sólidos c. propiedades de flujo d. La pérdida de líquidos e. contenido de aceite f. La tensión superficial _ humectabilidad
6. Factores hidráulicos _ limpieza del pozo esencialmente inferior.
8.2 Fundamentos de la insuficiencia Roca
Para los fines de perforación, las rocas se pueden clasificar en tres tipos generales, a saber: 1) rocas blandas: arcillas blandas y esquistos, arenas no consolidadas a moderadamente cementados. 2) rocas Medio: algunas pizarras, calizas porosas y dolomías, arenas consolidadas, yeso. 3) las rocas duras: calizas densas y dolomías, arenas muy cementados, cuarcita y sílex.
Como se mencionó en la discusión anterior de bits, rocas blandas pueden ser perforados por la acción de retirada de corte de bits de tipo de arrastre, o por la acción combinada de afilar y raspado de desplazamiento del cono de ángulo, laminados dientes de corte. Las formaciones más duras son perforados en su mayoría por la penetración de trituración de los dientes bits. Dado que es en este último tipo de formación que las tasas de penetración son más bajos, vamos a considerar más el mecanismo de falla de estas rocas. Los experimentos en el fracaso de las rocas elásticas realizadas por Battelle Memorial Instituto de Perforación Research, Inc. son de considerable interés fundamental. En parte de estos estudios un probador de caída, que consiste en un poco ponderada en una varilla, se dejó caer desde diversas alturas, golpeando la muestra de roca a continuación. Los calibres de tensiones cerca de la punta permiten las formas de onda fuerza para ser grabadas por una cámara de osciloscopio. Cuatro de esos patrones de golpes individuales en diversas alturas de caída se muestran en la Figura 8.1. Tenga en cuenta que la primera fuerza máxima es 2.000 libras para todos los casos, con la
magnitud del segundo pico aumenta con la altura de caída. La Figura 8.2 muestra el primer pico de energía con una escala de tiempo expandida. la curva entre O y A corresponde al bit de trituración pequeñas irregularidades de la superficie sobre la roca. Entre A y B, la pendiente empinada constante indica que la deformación elástica está siendo sometida por la roca. Si la fuerza del impacto no está por encima del punto B, la roca no falla y sólo una marca de superficie se deja. Entre los puntos B y C, la cuña estrecha de roca debajo de la broca es aplastada, y la energía de impacto se transmitió a la roca alrededor de la cuña, y se forman las virutas. Más allá del punto C, el nivel de energía cae hasta que la broca, una vez más contactos roca sólida. Si la energía se deja suficiente, se produce otro pico, etc. Se encontró que la cantidad de roca eliminado se relaciona linealmente con la que la energía de impacto. Otros experimentos con estática en lugar de la carga de impacto dieron resultados similares, excepto que un nivel de energía inferior a la fractura se requiere una determinada cantidad de roca. Los resultados en las figuras 8.1 y 8.2 son exactamente análogo a la perforación de herramienta de cable (o cualquier dispositivo de percusión) en las rocas frágiles. La secuencia de imágenes de la figura 8.3 muestra la acción de perforación de un diente de corte de laminación en piedra arenisca en las condiciones atmosféricas. Las estacas se eliminan mediante la circulación de aire. En la primera imagen, se aplica una fuerza al diente como centro de los rodillos de cono. La roca no falla hasta el cuarto cuadro, cuando la carga aplicada finalmente supera la fuerza de la roca. El fracaso es una pequeña explosión, con chips de volar en todas las direcciones. Este sigue siendo el diente se hunde más y se completa, en el cuadro XI. Así pues, cabe suponer que el mecanismo de perforación rotatoria no es demasiado básicamente diferente del método de percusión directa (herramienta de cable).
8.3. Característica de la Roca
Las propiedades de las rocas que rigen tasa de perforación no se conocen. Por otra parte, la correlación entre la falta resistencia y propiedades e lásticas como medidas en condiciones de laboratorio, y los que existen en las profundidades de interés para la industria petrolera. Datos considerables y una extensa bibliografía sobre propiedades de las rocas ha sido publicada por Wuerker. Otras investigaciones relacionadas con el efecto de la presión sobre perforabilidad roca también están disponibles. En general, la tasa de penetración varía inversamente con la resistencia a la compresión de la roca que se está perforando. La propiedad relacionada con la dureza o aspereza entra en escena debido a su efecto sobre la vida de la broca. Lo más difícil, y también las rocas sedimentarias más fuertes son esquistos (una forma de cuarzo, SiO2) y varios cuarcitas que ofrecen problemas de perforación graves cuando se encuentran .
Las propiedades elásticas de diferentes formaciones están muy influenciados por el estado de estrés en el que existen. El comportamiento de la mayoría de las pizarras es típico de este efecto, ya que se vuelven cada vez más difícil para perforar a mayores profundidades. Para la explicación de este comportamiento , considere la figura 8.4 que muestra un elemento impermeable delgada de formación directamente debajo de la broca. El agujero es filete con el líquido , la superficie superior del elemento se somete a una presión que depende de la densidad del lodo y la profundidad . * En términos prácticos, esta presión tiende a evitar la extracción del elemento de mucho como si la fuerza de la roca se aumentó por la presión aplicada. Por lo tanto, se puede esperar que el efecto de tales tensiones superpuestas será más pronunciado en débil (suave, relativamente compresible) rocas que en camas más fuertes, más competentes. No todas las rocas se comportaron de esta manera cuarcita, granito, y dolomita experimentaron el mismo tipo de fallo en la presión más alta. La tendencia de formación de bolas de una formación depende principalmente de su composición mineral. Arcillas hidratables, bentonita, en particular, forman una mezcla pegajosa, pastosa con agua que se convierte en incrustada entre los dientes bits y rodea los conos y todo el bit. Esto reduce tanto la penetración y, en consecuencia, la tasa de perforación. Permeabilidad afecta a la perforabilidad de las rocas a través del efecto en el alivio de las presiones impuestas. Esta es la conclusión de Bredthauer y Murray y Cunningham, y está de acuerdo con la evidencia experimental, es decir, que las rocas permeables que permiten la igualación de presión delante de la barrena no mostraron ningún cambio apreciable en perforabilidad con la presión. A partir de estos datos, se puede concluir que los otros factores que facilitan la descarga de presión más rápida también disminuir el e fecto de la presión sobre la tasa de perforación. Una roca completamente saturada con fluidos incompresibles (agua, aceite) debe ser menos sensible a los efectos de la presión de un pozo que contiene un gas , ya que en el primero una pequeña cantidad de filtrado de lodo es suficiente para igualar la presión en una distancia sustancial . A taladros zona porosos más rápido que una sección densa de la misma roca. Este hecho ha sido utilizado por los perforadores y geólogos para la detección de la presencia de tales zonas. Una parte importante de este efecto es probablemente debido a la resistencia a la compresión inferior de zonas porosas. El efecto de la temperatura (en el rango de nuestro interés) en propiedades de las rocas no se considera en general. Sin embargo, la insuficiencia de roca se hace más plástico a medida que aumenta la temperatura; tales efectos pueden ser de interés en el futuro, como la perforación es más profunda.
No se ha hecho mención de las propiedades tales como tamaño de grano, la relación de Poisson, el módulo de elasticidad, módulo de elasticidad, u otras mediciones más involucrados de la fuerza y el comportamiento elástico. Estas propiedades son, en general, desconocido para las rocas sedimentarias en las condiciones de interés en este campo. El conocimiento de estos factores podría llevar a un conocimiento más profundo de la mecánica del fracaso roca. Podría parecer al lector que el exceso de espacio ha sido asignado para el rock propiedades, que están más allá del control humano. Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que son estas propiedades de las rocas que gobiernan completamente las prácticas de perforación en diferentes zonas geológicas. Tamaño del agujero, tipo de bit, selección del fluido de perforación, y los procedimientos generales de funcionamiento son todos dictados por la naturaleza de las rocas a perforar. En consecuencia, característica de roca son de vital importancia, con los procedimientos operacionales que son secundarias.
8.4. Factores mecánicos
En todas las áreas, la tasa de penetración se rige por el peso sobre la broca y / o la velocidad de rotación que se puede aplicar. Normalmente, estos límites son impuestos por cualquier agujero torcido, equipo y / o consideraciones hidráulicas. Vamos a posponer la discusión de los problemas agujero torcido hasta el capítulo 9, y hacer frente a estos últimos factores en este capítulo. Otras variables serán consideradas constante o de ninguna consecuencia, excepto como nota.
Peso sobre la Broca
El efecto general de esta variable sobre la tasa de penetración se muestra en la Figura 8.8 . Tenga en cuenta que hay dos regiones distintas de perforación: 1) La perforación en cargas poco por debajo de la resistencia a la compresión de la Rock_ hacia fuera a aproximadamente 30.000 libras, para la cuarcita rosa. 2) Drlling en bits cargas por encima de este peso crítico.
Obviamente pesos bits en la región (2) son deseables y se aplican si es posible . Este principio está bien ilustrado por la Figura 8.9, que muestra el aumento de la tasa de penetración y material de archivo cuando se aplica suficiente peso poco para superar la resistencia a la compresión de la roca. Es evidente que para cada tipo de roca los puntos por encima de la mentira carga crítica en líneas aproximadamente rectas: (8.1) Donde
Intersección y la pendiente, respectivamente, que dependen de propiedades de las rocas, tamaño y tipo broca, propiedades de los fluidos de p erforación, etc. Otros datos, tanto de campo y de laboratorio tienden a corroborar la linealidad de frente a W en rangos razonables de carga de bits. Esta relación será verdad sólo si otros factores son constantes. En particular, una adecuada limpieza y corte de eliminación se debe mantener. Esto no significa necesariamente que la velocidad de circulación constante o constante de velocidad de la boquilla, ya que en los valores más altos de W se están generando más y, probablemente, esquejes más grandes. En consecuencia, las deficiencias de circulación se afectan a esta relación, a menos que la velocidad de flujo es lo suficientemente alta para llevar a cabo su función igualmente bien en todos de W de interés. Esto se hizo hincapié aún más en una sección posterior dedicada a factores hidráulicos. Velocidad de rotacion
El efecto de esta variable sobre la tasa de penetración no está demasiado bien establecido. En general, el fondo aumenta la tasa de perforación con una mayor velocidad de rotación. Las figuras 8.10 y 8.11 son típicos de los efectos velocidad de rotación y sugieren que existe la siguiente relación:
(8.2) Donde:
f = alguna función N = velocidad de rotacion, rpm N<1
Una vez más, la verdadera relación puede ser oscurecida por la variable de limpieza del pozo. Una velocidad de la boquilla satisfactoria a 100 rpm p uede no ser adecuada a 200 rpm, ya que en este último una velocidad de corte tiene sólo la mitad del tiempo para borrar parte inferior antes de la siguiente impacto diente. El instituto de estudio de Battelle se establece una fórmula para una velocidad de avance predecir linealidad entre y N.
Se supuso que cada impacto diente elimina esencialmente la misma cantidad de roca. Fundamentalmente, esto parece lógico, sin embargo, los datos disponibles no confirman este análisis para la perforación rotatoria (bit de rodillos). Datos turboperforadora ser citados más adelante confirma Eq. 8,2 de velocidad de rotación hasta 750 rpm.
Efecto combinado de W y N:
Una combinación de la ecuación empírica. 8.1 y 8.2 indica lo siguiente: RP = e + f WN1 / 2 Donde e, f = constantes para un conjunto dado de condiciones. Mayor penetración facilitada por la correcta aplicación de peso poco. Laboratorio de datos de presión a la atmosférica. cortesía empresa Hughes Tool. Otros datos de laboratorio y de campo TURBODRILL exhiben esencialmente el mismo valor de n.
Las resistencias a la compresión de muchas rocas encontradas en la perforación de pozos de petróleo son lo suficientemente bajos pequeño error que está implicado por suponiendo ROP ser directamente proporcional a W que es, que a = 0 en la ecuación. 8.1. También se considera generalmente que el efecto de tamaño en bits puede ser eliminada mediante la sustitución del peso aplicado por pulgada de diámetro para W en las ecuaciones, con el siguiente resultado. Puede ser considerablemente por error para perforación de roca extremadamente dura. El análisis de las pruebas de campo del oeste de Texas mostró el efecto del peso poco que expresar como una función de potencia. Ciertamente, estas ecuaciones no son válidas para W es demasiado pequeño para provocar un fallo de rock, sin embargo, estos valores son de poca importancia práctica.
Limitación práctica en W y N.
Estos factores deben, por supuesto, se celebrará dentro de los límites de operación impuestas por sarta de perforación económica y la vida poco. En conjunto la tasa de penetración se ve muy afectada por la frecuencia de viaje acrecentados , causada por poco acelerado desgaste debido a la explotación excesiva en W y / o N valores. La limitación práctica en el peso bits se rige principalmente por el estrés d iente permisible de la propia broca, y el máximo ocurrido que se ha aplicado a algunos tipos de bit es de aproximadamente 10.000 libras / pulg. Recordemos que las consideraciones agujero torcidos se ignoran en este momento. Velocidad de rotación también afecta perforacion de bits, principalmente a través de rodamiento y desgaste de los dientes, y a través de la severidad de las cargas vibratorias. La mayoría de los fallos de sarta de perforación se atribuyen a la fatiga del material que se ha agravado por la corrosión y / o inadecuado cuidado y manejo. Dado que las fallas por fatiga están relacionadas tanto con el número de inversiones de estrés y la magnitud de la tensión, es de esperar que tanto la velocidad de la mesa y el peso en poco afectará a esa frecuencia de c ¡estos fallos. De los dos, velocidad de la mesa parece ser la más crítica, siempre que se evite exceso de aclaramiento cuello-agujero de perforación. Los collares de perforación y las secciones adyacentes de la tubería de perforación reciben el peor castigo de cargas de vibración, es en estas secciones que se producen la mayoría de los fracasos.
Teóricamente, cada columna de perforación tiene una frecuencia natural en el que los efectos de vibración son máximos. Es comúnmente aceptado que las velocidades de la tabla en resonancia con este darán lugar a severas vibraciones y frecuencias fracaso acelerado.
Nota: Las vibraciones armónicas de orden superior también ocurrir en 4N, 9N, etc grúa ha sugerido una práctica de perforación basado en un factor de velocidad de peso a veces constante. Este criterio está de acuerdo con las prácticas de campo cualitativa: a medida que aumenta el peso, se disminuye la velocidad de rotación. Pero surge la pregunta, ¿cuál es el valor límite que debe aplicarse: WN =?
Una solución satisfactoria en un área no se aplica necesariamente a otro donde las condiciones son diferentes. Es, es, sin embargo, posible estimar este factor de prácticas de operación estándar. Por ejemplo, la figura 8.13 muestra los rangos de peso velocidad de funcionamiento común para varios tamaños de bits. WN curvas constantes añadidos a estos aproximada de la tendencia de funcionamiento con un grado razonable de exactitud. Los valores mostrados han sido WN Shosen arbitrariamente en un intento de aproximar el máximo indicado. Speer también ha derivado una solución similar para un valor óptimo WN, sin embargo, su curva cae por encima de que estos datos o datos similares representan las condiciones de limitación de corriente, a continuación, un factor WN constante parece ser una solución razonable al problema de la tabla de velocidad de bits permitida combinaciones de peso. Otra evidencia indica, sin embargo, que el enfoque constante del producto pesovelocidad puede ser utilizado para la determinación de una N óptima en W dadas, sin embargo, puede ser insatisfactorio para la determinación de la W adecuada para un determinado N. Una solución satisfactoria en un área no se aplica necesariamente a otro donde las condiciones son diferentes. Es , es , sin embargo, posible estimar este factor de prácticas de operación estándar . Por ejemplo , la figura 8.13 muestra los rangos de peso velocidad de funcionamiento comunes para varios tamaños de bits. WN curvas constantes añadidos a estos aproximada de la tendencia de funcionamiento con un grado razonable de exactitud. Los valores mostrados han sido WN Shosen arbitrariamente en un intento de aproximar el máximo indicado.
Speer también ha derivado una solución similar para un valor óptimo WN, sin embargo, su curva cae por encima de que estos datos o datos similares representan las condiciones de limitación de corriente, a continuación, un factor WN constante parece ser una solución razonable al problema de la tabla de velocidad de bits permitida combinaciones de peso . Otra evidencia indica , sin embargo , que el enfoque constante del producto peso velocidad puede ser utilizado para la determinación de una N óptima en W dadas , sin
embargo , puede ser insatisfactorio para la determinación de la W adecuada para un determinado N. Tamaño de bits se puede eliminar como factor de los valores sugeridos de WN figura 8.13 por expresar algo nuevo como carga lb / in de diámetro: WN = K Los valores aceptables de K serán, en general, variará con el tamaño poco , ya que los bits más pequeños no van a tolerar cargas unitarias como alta al igual que los tamaños más grandes . Para el rango de tamaño de la muestra , sin embargo , parece haber poca diferencia en las prácticas de campo . Esta relación muestra que la tasa de penetración aumenta proporcionalmente con w1 / 2 y N - 1/2 si el wN producto se limita a un valor constante. Debe tenerse en cuenta que la totalidad de este tratamiento es empírico, y al igual que la mayoría de las ecuaciones empíricas, tiene un ámbito limitado de aplicación. Las curvas de la práctica de perforación indican una gama de aplicabilidad de 50 < N < 3 00. La uniformidad con la que la fuerza W se aplica al bit de depender normalmente de manipulación del perforador del freno. La línea de perforación debe ser pagada a cabo sin problemas por lo que el peso es poco constante. El funcionamiento ideal, de lograrse, requiere la atención completa de la taladradora u otro miembro de la tripulación. El uso de una alimentación controlada automáticamente para asegurar bits constante carga ha aumentado las tasas de perforación en más de 10 % en las zonas de roca dura. Tipo de broca
La naturaleza precisa de la acción de perforación de bits de rodillos es un poco complicado y, no es, al parecer, completamente entendido. Como se mencionó en el capítulo 5, los bits de rodillos de formación suaves tienen más tiempo, los dientes muy espaciados con una considerable desviación del cono. Estos efectos un poco de corte por arrastre de acción, junto con efectos de percusión casi estáticas. Por lo tanto la acción de perforar es una compleja combinación de dos mecanismos. Pedacitos de rodillos de rock duro han compensado cero cono, por lo que se acercan a rollo de verdad, y por lo tanto perforar por un proceso esencialmente de percusión. Tensiones dientes prohíben la utilización de cualquier grado grande de pala o cortar la acción en rocas duras. Hay numerosos factores que afectan al rendimiento de bits, tales como geometría de los dientes (tipo de dientes, ángulo de cuña, el espacio, la fila de los patrones de fila, etc. =, cono offset, número de conos, que presenten dibujos, control metalúrgico, etc. En un documento informativo sobre los factores de diseño de brocas es eso es por HG Bentson, a la que se remite al lector para su estudio detallado. Brocas de arrastre son poco utilizados para la perforación de pozos de petróleo en este momento. Esta disminución en el uso no se debe a la acción de corte poco satisfactorio de estos broca, la broca de arrastre es una herramienta de perforación eficiente, y está siendo ampliamente utilizado en la industria minera para el trabajo pequeño agujero. Parece lógico que cualquier roca que se comporta plásticamente podría mejor perforada por este tipo de broca. Por ejemplo, uno puede libras en la arcilla de modelado con un martillo y se limita a deformarla, sin embargo, se corta fácilmente con un cuchillo. Dado que en altas presiones de confinamiento hasta las rocas más duras pueden comportarse plásticamente, de nuevo parece que la acción poco percusión sería una opción peor, y que el corte o pala debe ser más eficiente. El verdadero problema ha sido diseñar un poco de arrastre o un cono de ángulo de desplazamiento de rodillos broca capaz de estar de pie de las tensiones y el desgaste abrasivo necesaria para el empleo de la acción de corte en rocas duras, de alta resistencia. Diamante brocas de perforación de la misma forma que brocas de arrastre, cada piedra que actúa como un diente individual. Gran piedra, patrones muy separados se utilizan en las rocas relativamente suaves, la perforación más difícil requiere cálculos más pequeños y los diseños más estrechamente espaciadas. El uso de brocas de diamante es, por supuesto, en gran parte restringido a las zonas de roca dura y / o pozos profundos donde la reducción en la frecuencia de los viajes es un objetivo primordial. El efecto de las propiedades del fluido de perforación en la tasa de penetración En el capítulo 6 se dio a entender que una propiedad del fluido de perforación deseable para una función podría no ser deseable por otras razones, y que el barro seleccionado fue en general un compromiso sobre la base de las consideraciones más
importantes para la zona en cuestión. Esto se hará más evidente a medida que se considera el efecto de las propiedades del lodo en la tasa de penetración. El efecto de la densidad del lodo ya se ha recorrido desde ir rige la presión impuesta sobre el fondo del agujero , este es probablemente el principal factor que contribuye al éxito de la perforación del aire en áreas tales como la representada por la figura 8.14 El efecto de la densidad del lodo probablemente no es completamente expresa en términos de la presión ejercida por la columna de lodo , Más bien , se debe considerar en términos de la diferencia de presión entre la presión del fluido intersticial en la roca y la presión impuesta. Todas las rocas son porosas, aunque algunos son tan ligeramente porosa que consideramos que no porosa. Por lo tanto, reconsiderar la figura 8.4 para el caso en el que se ejerce ninguna presión de la columna de lodo. En este caso, las presiones internas dentro de la roca se ayudar a eliminar el pequeño elemento por debajo de la broca, y por lo tanto aumentar perforabilidad. Rápida eliminación de los recortes de atacar nuevo rock, lo que por supuesto. Conduce a la perforación más rápido. La investigación ha demostrado que las condiciones de flujo altamente turbulento en la parte inferior del agujero son deseables para este propósito. Densidad aparece en la expresión número de Reynolds, se deduce que, si todos los demás factores son constantes, un aumento en la densidad disminuirá el tiempo de eliminación de la parte inferior de las estacas. Este es un efecto menor en la medida que se refiere a la densidad, y no garantiza una atención específica. Contenido en sólidos
Muchas de las propiedades de lodo varían de acuerdo con su contenido de sólidos y es por lo tanto difícil de aislar los datos que se refieren específicamente a este factor. Durante mucho tiempo se ha observado en el oeste d e Texas, que muy pequeñas cantidades de sólidos de arcilla en el fluido de pe rforación reducen en gran medida las tasas de perforación que se pueden obtener mediante el uso de agua. Estas disminuciones son completamente más allá de los esperado por el aumento relativamente pequeña densidad, y es evidente que otros factores deben estar involucrados. Más recientemente , se ha encontrado que los mínimos de sólidos lodos en el que pequeñas cantidades de CMC son total o parcialmente sustituidos por grandes cantidades de bentonita permitir aumento de las tasas de perforación , a pesar del hecho de que todas las demás propiedades del lodo siguen siendo los mismos . Es entonces lógico suponer que el contenido de sólidos puede ser en sí mismo un factor separado. Tal vez las partículas sólidas amortiguar el contacto entre los dientes -rock poco de tal manera que no se obtiene un impacto limpio y afilado. En cualquier caso, es el impacto agudo no se obtiene. En cualquier caso, es la opinión de muchos expertos que el porcentaje de sólidos en los lodos ejerce un efecto independiente y distinta de la tasa de perforación.
Propiedades de flujo
Las mismas bombas se utilizan normalmente para la perforación de todo el agujero. Esto significa que la potencia hidráulica disponible debe ser esencialmente constante. Un aumento en punto de fluencia y la viscosidad del sistema aumenta las pérdidas por fricción, reduciendo así la caída de presión (y la velocidad) que puede ser aplicado a través de la broca. El tiempo de eliminación de la viruta se incrementa y por lo tanto la tasa de penetración fallida. Viscosidad influye turbulencia orificio inferior de la misma manera; su incidido en el número reynnolds es mucho más drástico que la de la densidad, debido a su gama más amplia de valores. Por ejemplo, la viscosidad en condiciones de agujero inferior oscila generalmente entre 0,50 cp para el agua a 50 cp para coloidal lodos, una ración de 100. Wavriation Densidad para este mismo intervalo de viscosidad puede ser de 8 a 16 lb / gal, o una proporción de 2. Por lo tanto la viscosidad ejerce un efecto considerable en el logro de un flujo turbulento. Aquí, la tasa de perforación relativa (basado en la tasa obtenida utilizando un fluido de perforación de agua) se muestra como una función de la viscosidad Stormer. También estaban involucradas Otras variables que incluyen por ciento de sólidos y una tasa de filtración, por lo que la viscosidad no es el único factor que influye en los resultados. Para lodos normal, viscosidad y contenido de solidos son tan interrelacionadas que el aislamiento de cualquiera de los factores es difícil. Desde el punto de vista de lubricación entre dientes bits y la roca, de alta viscosidad provoca altas presiones de cine , y por lo tanto reduce las posibilidades de tener fricción roca a diente . La tensión superficial también entra en estas consideraciones. Los dientes bit debe cizalla y desplazar perforación antes fluido en contacto con la roca. La energía gastada para este propósito depende de la viscosidad; muy alta lodos viscosidad puede proporcionar un amortiguador viscoso eficaz que suaviza los dientes poco impacto. Rendir efectos puntuales puede ser considerado en relación con su contribución a la aparente o equivalente viscosidad newtoniana. Perdida de filtrado
El efecto de la filtración en el perforabilidad de rocas permeables ha sido explicado por Murray y Cunningham en conjunción con sus estudios sobre efectos de la presión hidrostática. Ellos encontraron que la tasa de penetración no se vio afectada por las presiones del pozo impuestas si estas presiones se igualan delante de la barrena. El agua, por ejemplo, puede entrar fácilmente en una roca permeable por delante de la broca de manera que no existe diferencia de presión a través del elemento delgado que se está perforando.
La pérdida de agua bajo los lodos, sin embargo, casi instantáneamente depositar una torta dura, baja permeabilidad del filtro en el fondo del agujero, lo que permite una presión diferencial definitivo de existir. Esto tiene dos efectos negativos: el efecto de la presión de filtración dinámica ya se ha discutido, y el requisito de que el diente penetre poco la torta de filtro antes de comunicarse con la roca. Además, los cortes sueltos quedan atrapados en la mezcla de torta de filtro pastosa y requieren tiempos de eliminación más abajo. El efecto observado de la pérdida de agua en la tasa de penetración en la pizarra. Como se ha indicado por Cunningham y Goins, es difícil de explicar este efecto en las rocas casi impermeables, sin embargo, incluso la permeabilidad extremadamente baja de esquistos puede permitir algún efecto igualación de la presión.
Contenido de aceite
Desde hace tiempo se ha observado en el campo, que el aceite además de lodos a base de agua casi siempre mejora la tasa de penetración en prácticamente todos los tipos de rocas. Los mayores incrementos parecen ocurrir en las zonas de roca blanda , con aumentos menores se observaron en roca dura
Fig. . 8.17 Aumento de la frecuencia de perforación frente a la concentración de aceite. la curva (a ) es para un Vicksburg esquisto , curva ( b ) es para un esquisto mioceno ( datos de laboratorio ) después counninghan y goins . Ingeniero petrolero cortesía de perforación. Generalmente, estos aumentos se han atribuido a una mejor lubricación (aumento de la vida broca), mejores condiciones de pozo de sondeo (menos la ampliación, mínimos palpitantes problemas de esquisto, menos fricción tubo hueco y arrastrar), y menos broca bolas de arcillas y rutitas hidratables. en la actualidad, se considera que la prevención de la formación de bolas es el factor más importante, en las zonas de roca blanda. Aumento de la vida broca significa que el tiempo de equipo menos no productivo se gasta en hacer viajes, por lo que el todo-la tasa de penetración es mayor.
También se ha observado que se obtienen también los aumentos en la tasa de perforación en la parte inferior, a pesar de los hechos conflictivos que las adiciones de aceite al agua de los lodos base generalmente disminuyen la pérdida de agua y aumentan la viscosidad aparente. Por lo tanto, existen otros factores.
l Fig. 8.18. Tasa de perforación relativa frente contenido de aceites: --- los datos de campo West Texas. Después eckel, API cortesía. Que más de compensar los efectos perjudiciales últimos. Densidad y contenido sólido disminuye pueden ser factores de compensación en algunos casos. Resultados de las pruebas de laboratorio que muestran el efecto del porcentaje de aceite en la perforabilidad de dos pizarras costa del golfo se muestran en la figura 8.17. Cuenta la concentración de aceite de esquisto optima B que no es evidente para la pizarra A. Este porcentaje optima (pizarra B) compara muy de cerca con los datos de campo del oeste de Tejas de la figura 8.18. Figura 8.19. Muestra la variación de la tasa de perforación en el Mioceno de esquisto (B) como una función tanto del contenido de aceite y la velocidad del chorro. Esto sugiere que el porcentaje de aceite optima puede variar ligeramente con las condiciones hidráulicas. En estas pruebas tanto de la tasa de aumento de la perforación fue debido a la disminución de la formación de bolas se muestra en la figura 8.20. La presencia de aceite se cree que reduce la formación de bolas en virtud de su humectación preferencial de acero resultante en menos adherencia arcilla de acero. Un efecto similar en el polvo, pasta moldeadora, partículas de esquisto puede también contribuir a reducir la formación de bolas. Pruebas adicionales realizadas en polvo de esquisto mostraron que el contenido de agua intersticial de la pizarra era insuficiente para formar una pasta y se requiere que el agua adicional para la formación de bolas condiciones. Debe tenerse en cuenta que bolas no es evidentemente el único factor implicado, ya que la tasa de penetración disminuyó por encima de contenido de aceite de 15% a pesar de la continua disminución de la formación de bolas. Parte de la tasa de aumento de la perforación puede ser debido a la penetración más profunda del diente para una carga de bits determinada cuando una película de aceite está presente para reducir el coeficiente de fricción de roca de acero.
Por qué no reducir la tasa de penetración en el contenido de aceite por encima de un valor óptimo en algunos casos, o por qué no en otros, se desconoce en este momento. Otros factores aparentemente se vuelven dominantes en condiciones adecuadas, y causan comportamiento del tipo de perforación irregular. Evidencia disponible muestra que las concentraciones de aceite de 15 a 20 % son óptimas en muchos casos. Tensión superficial
Autores rusos han informado de que ciertos electrolitos y agentes tensioactivos actúan como reductores de dureza de la roca con aumento de 30 a 60 % en la tasa de perforación de ser obtenidos por su uso adecuado. Presumiblemente, estos materiales actúan para producir humectación más completa de la roca por el líquido .
Fig. 8.19 tasa de perforación vs ciento de aceite en un mioceno de Luisiana. Datos de laboratorio: broca era 1.025 en, 2 - venir jet, con 500 libras de peso y 50 rpm. Presión hidrostática era 5000 psi. Cada punto es la media de las 16 pruebas. Después counningham y goins, ingeniero petrolero cortesía. Esto sugiere que las grietas microscópicas, que tienden a curarse a sí mismos después de que se libera la carga de broca, puede ser mantenida abierta por la película de líquido humectante; esto facilitaría astillado por el siguiente impacto diente. Fricción entre broca dental y el rock se reduciría, también. Las pruebas realizadas por el grupo battelle utilizando soluciones de hidróxido de sodio confirmaron los resultados reclamados por los científicos rusos. El uso de agentes emulsionantes es lodos de emulsión parece afectar la tasa de perforación, en algunos casos. Lignitos, sales de ácidos grasos superiores, y otros detergentes o tensioactivos son emulsionantes químicos comunes . las tasas de perforación de rocas duras con agua fresca a veces han mostrado marcada aumenta al añadir tensioactivos para el agua.
Fig. 8.20 efecto del contenido de aceite en la incidencia de brocas balled en el laboratorio perforacion del mioceno esquisto. Después counningham y goins , ingeniero petrolero cortesía . Estos incrementos se debieron tanto a prolongar la vida útil broca y mayores tasas de penetración en el fondo. Tanto el tipo de detergente y el carácter de las rocas gobiernan el efecto obtenido. Luego aparece que las alteraciones en humectabilidad y la superficie tensiones desempeñan algún papel en perforabilidad roca. Este tema merece una mayor investigación y puede ofrecer alguna promesa económica.
8.6 Factores hidráulicos
En esta sección vamos a estar principalmente preocupados por la rapidez de corte o arranque de viruta por debajo de la broca. la eliminación instantánea de estas partículas es, por supuesto, imposible sin embargo, aplicación, propia de energía hidráulica disponible puede minimizar rectificación y aumentar la tasa de penetración. Desde el principio que se ha indicado anteriormente como pertenecientes a la aceptación generalizada de brocas de chorro. Los propios aviones no perforar el agujero sino que simplemente acelerar la eliminación de corte. El efecto de los factores hidráulicos en la tasa de perforación de brocas de tipo de arrastre se ha estudiado extensivamente en lugar. Las principales conclusiones de estos estudios fueron los siguientes: (1) la tasa de penetración es directamente proporcional a la velocidad de la boquilla (a velocidad de circulación constante) (2) la velocidad de penetración es directamente proporcional al volumen de circulación (a velocidad constante boquilla).
Las proporcionalidades directas observaron se debieron, fundamentalmente, a un aumento en el peso permitido en la broca como resultado de una mejor limpieza del pozo a las volúmenes altas y velocidades. Hay que señalar que estos resultados aplican a las rocas blandas y brocas de tipo arrastrar. Este tipo de perforación se realiza en al cargas relativamente bajas brocas, con índice de penetración es dependiente casi en su totalidad en el fluido de perforación es la capacidad para eliminar grandes volúmenes de corte y prevenir la formación de bolas broca. Los efectos de los factores hidráulicos de perforación de roca tasas de bits también se han investigado. en rocas de media y, el aumento de la tasa de penetración han dado como resultado generalmente de aumento de potencia hidráulica. Existe alguna pregunta en cuanto a si estos aumentos se relacionan mejor con los efectos de la corriente en chorro, como se indica por la experiencia de arrastrar bits o con la potencia hidráulica gastado todo el rato. la fuerza del impacto depende de la velocidad de tiempo de caudal:
Donde: F: fuerza continua en el fondo ejercida por las corrientes en chorro, lb M: flujo másico dm: densidad del lodo q: Caudal de lodo V: velocidad de la boquilla Datos de campo sobre la tasa de penetración en el roca fuerza suave y medio son en gran medida las manifestaciones de mayor peso sobre la barrena hecho posible por la mejora de bits y la limpieza del fondo del pozo. la figura 8.21 muestra los aumentos típicos en peso bits facilitados por el aumento de velocidad de la boquilla, como experiencia en california de perforación. La curvatura de las líneas indica bolas, que se vuelve más grave a medida que aumenta el peso brocas.
8.21 Peso hidráulico y poco combinado Efecto sobre la tasa de penetración en la perforación de california. Después de Thompson, API cortesía en la perforación de roca dura, los pesos máximos bits aplicados dependen de consideraciones equipos, en lugar de poco bolas. por consiguiente, parece que la tasa de perforación ayudas aumento de la velocidad de la boquilla, reduciendo al mínimo el refilado, con este efecto assoon desapareciendo a medida que se produce ninguna rectificación apreciable. Velocidades de boquilla por encima de este valor eficaz máximo de este último dará lugar a ningún aumento en la tasa de penetración. de los resultados en el oeste de Texas, Bromell ha concluido que la potencia de brocas es una variable de importancia por debajo de las tasas de penetración de 14 pies / hr, mientras se proporciona una adecuada limpieza del fondo del pozo. caballos de fuerza total de la bomba puede ser reducida sin reducir la tasa de penetración resultante, si el volumen de la circulación, es cortado y el tamaño de la boquilla se reduce, como se muestra en la tabla 8.1 las reducciones son, por supuesto, limitada por la velocidad anular mínimo que puede ser tolerado .
Tabla 8.1_ La ilustración de la tasa de penetración constante en caballos de fuerza bits esencialmente constante y la reducción de los volúmenes de circulación
Figura 8,22 S relación entre la curva de potencia de bits y tasa de penetración ------texas zona de la costa del golfo. Después keating API cortesía, hay considerable atención se ha centrado en la determinación de las velocidades mínimas de boquilla que deben aplicarse para hacer que el uso de bits de chorro ventajosas sobre los tipos convencionales. se ha demostrado consistentemente que la tasa de penetración se somete a un aumento agudo como velocidad del chorro se incrementa a través de algún intervalo crítico. Máximo beneficio se obtiene por encima del rango crítico, mientras que las velocidades más bajas pueden resultar menos eficaces que la circulación normal a través de los bits del curso de agua convencionales. tales relaciones se pueden observar en la figura 8.22, que muestra una relación de la curva S entre caballos de fuerza y velocidad de perforación. en caballos de potencia baja, poca limpieza se lleva a cabo, y poco beneficio penetración se obtiene aumentando la velocidad del chorro. Sin embargo, en algún valor intermedio, fuertes aumentos de velocidad se consiguen desde los relativamente pequeños aumentos de velocidad. Este efecto siminishes como se obtiene de limpieza máximo, como se indica por la segunda reducción de la pendiente en la parte superior de la S. Velocidades mínimas de boquilla de 200 y 250 pies / seg parecen ser necesarias con el fin de obtener sustanciales aumentos de las tasas de perforación en la mayoría de las rocas. Velocidades máximas de salida no estén tan bien definidos y probablemente no han sido alcanzados por perforación de roca blanda. el límite práctico es impuesta
por caballos de fuerza disponible y la erosión de las toberas. los valores máximos propuestos para cualquier caso deben depender de la necesidad de limpieza, esta es una función del tipo de broca inferior, la naturaleza de las rocas que se está taladrando, la velocidad de rotación, y el peso en la broca. Que, aparentemente, no es posible desarrollar cualquier relación matemática general entre tasa de perforación y el sistema hidráulico de bits que se ajuste a todas las situaciones. la mejor operación será, en la mayoría de los casos, ser un programa cual utiliza caballos de fuerza de broca máxima en todo momento. En general, la potencia disponible de la bomba es constante, por lo tanto, ya que las pérdidas sarta de perforación aumenta con la profundidad, los caballos de fuerza broca disponible disminuye con la profundidad. HPB = HPT - HPX Donde HP b: Potencia de la broca HPT: potencia total de la bomba HP x: potencia exclusivo sistema de broca
La tasa de circulación, q, se rige por el tamaño del agujero y la velocidad anular permisible mínimo, y a menudo se trata como una constante en un caso dado. por tanto, para estas restricciones operacionales, la caída de presión total, 0pi, también debe ser constante.
