ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS DE LA TIERRA PERFORACIÓN II TAREA #3 TEMA:
HIDRÁULICA ESTUDIANTES:
KEVIN OBREGON SOLORZANO CRISTIAN MONTESDEOCA REMACHE JORGE CASAÑAS CUENCA ANDRES LARCO SANIPATIN RICHARD TOTOY NILVE TÉRMINO:
I TÉRMINO 2017
5 DE JUNIO DEL 2017
HIDRÁULICA Dado que el sistema hidráulico desempeña un papel activo durante las operaciones de perforación, su diseño y mantenimiento adecuados pueden acelerar el esfuerzo de perforación y disminuir el costo total del pozo. Del mismo modo, un sistema hidráulico de diseño inadecuado puede reducir la velocidad de perforación, no limpiar el orificio de los cortes y causar problemas de perforación. En la mayoría de los casos, el sentido común y una comprensión técnica razonable son los únicos elementos necesarios para diseñar el sistema. El sistema hidráulico es el sistema de barro y circulación en el pozo cuando está e n un estado estático o dinámico. El sistema estático ocurre cuando el lodo permanece inactivo en el pozo. El estado dinámico se produce cuando el lodo está en movimiento, resultante del bombeo, tubería o fluido movimiento. Un estudio exhaustivo de la hidráulica es un esfuerzo exhaustivo y vitalicio. Muchos excelentes papeles técnicos y libros han sido escritos sobre el tema. Inherentemente, muchas áreas temáticas están abiertas a varias posiciones por miembros de la industria. Este capítulo está diseñado como una breve descripción del campo y no pretende ser una disertación exhaustiva sobre la hidráulica. Algunos puntos considerados como importantes por algún personal pueden ser despreciados del texto en un espíritu de brevedad.
Propósitos El sistema hidráulico sirve para muchos propósitos en el pozo. Puesto que se centra alrededor del sistema del fango, los propósitos del fango y de la hidráulica son a menudo comunes el uno al otro (capítulo 8). El sistema hidráulico tiene muchos efectos en el pozo. Por lo tanto, las razones para prestar atención a la hidráulica son abundantes. Las razones más comunes son las siguientes:
controlar las presiones subsuperficiales.
proporcionar un efecto efecto boyante boyante a la sarta sarta de perforación ya ya la carcasa.
minimizar la erosión del del agujero de la acción de lavado lavado del barro durante durante el movimiento.
eliminar los cortes del del pozo, pozo, limpiar la broca y eliminar eliminar los cortes de de debajo debajo de la broca.
Aumentar la tasa de penetración.
HIDRÁULICA Dado que el sistema hidráulico desempeña un papel activo durante las operaciones de perforación, su diseño y mantenimiento adecuados pueden acelerar el esfuerzo de perforación y disminuir el costo total del pozo. Del mismo modo, un sistema hidráulico de diseño inadecuado puede reducir la velocidad de perforación, no limpiar el orificio de los cortes y causar problemas de perforación. En la mayoría de los casos, el sentido común y una comprensión técnica razonable son los únicos elementos necesarios para diseñar el sistema. El sistema hidráulico es el sistema de barro y circulación en el pozo cuando está e n un estado estático o dinámico. El sistema estático ocurre cuando el lodo permanece inactivo en el pozo. El estado dinámico se produce cuando el lodo está en movimiento, resultante del bombeo, tubería o fluido movimiento. Un estudio exhaustivo de la hidráulica es un esfuerzo exhaustivo y vitalicio. Muchos excelentes papeles técnicos y libros han sido escritos sobre el tema. Inherentemente, muchas áreas temáticas están abiertas a varias posiciones por miembros de la industria. Este capítulo está diseñado como una breve descripción del campo y no pretende ser una disertación exhaustiva sobre la hidráulica. Algunos puntos considerados como importantes por algún personal pueden ser despreciados del texto en un espíritu de brevedad.
Propósitos El sistema hidráulico sirve para muchos propósitos en el pozo. Puesto que se centra alrededor del sistema del fango, los propósitos del fango y de la hidráulica son a menudo comunes el uno al otro (capítulo 8). El sistema hidráulico tiene muchos efectos en el pozo. Por lo tanto, las razones para prestar atención a la hidráulica son abundantes. Las razones más comunes son las siguientes:
controlar las presiones subsuperficiales.
proporcionar un efecto efecto boyante boyante a la sarta sarta de perforación ya ya la carcasa.
minimizar la erosión del del agujero de la acción de lavado lavado del barro durante durante el movimiento.
eliminar los cortes del del pozo, pozo, limpiar la broca y eliminar eliminar los cortes de de debajo debajo de la broca.
Aumentar la tasa de penetración.
dimensionar equipos de superficie tales como bombas.
controlar las presiones de sobrepresión sobrepresión creadas al bajar la tubería tubería en el pozo.
minimizar las reducciones de la presión del pozo pozo de pozo a partir del frotis cuando se tira del tubo del pozo.
evaluar los aumentos aumentos de presión presión en el pozo pozo al circular el lodo.
mantener el control del pozo durante las patadas.
Muy a menudo, estos efectos están interrelacionados, lo que aumenta la dificultad en el análisis y la optimización.
Presión hidrostática La presión hidrostática del fluido de perforación es una característica esencial para mantener el control de un pozo y prevenir las explosiones. Se define, en un sentido práctico, como la presión estática de una columna de fluido. Aunque el fluido es generalmente barro, puede incluir aire, gas natural, espuma, niebla o fango aireado. Sólo en este texto se considerarán los sistemas basados en líquidos, como el lodo. La presión hidrostática de una columna de barro es función del peso del lodo y de la verdadera profundidad vertical del pozo. Es imperativo que se preste atención a la profundidad del pozo para que la profundidad medida, o la profundidad total, no se utilice inadvertidamente. Dado que los pesos de lodo y las profundidades de los pozos se miden a menudo con diferentes unidades, las constantes de la ecuación variarán. Las formas comunes de la ecuación de presión hidrostática son las siguientes:
Las unidades para PH son kilo pascales (kPa). Si una columna de fluido contiene varios pesos de barro, la presión hidrostática total es la suma de las secciones individuales:
Peso equivalente del lodo. Las operaciones de perforación a menudo implican varias densidades de fluido, presiones resultantes de la circulación de fluidos y quizás presión superficial aplicada durante operaciones de control de retroceso. Es útil en aplicaciones prácticas discutir esta compleja presión y disposición de densidad de fluido sobre una base común. El método más utilizado es convertir todas las presiones a un "peso de lodo equivalente" que proporcionaría las mismas presiones en un sistema estático Sin presión superficial. Supongamos que un pozo de 10.000 pies tiene dos pesos de barro. Contiene 5.000 pies de barro de 9.0 libras / galón y 5.000 pies de barro de 11.0 libras / galón. El peso de barro equivalente a 10,000 pies es de 10,0 libras / galón, aunque el pozo no contiene ningún lodo real de 10,0 lb / galón. Otro término comúnmente usado para describir el concepto equivalente de peso de lodo es ECD, o densidad de circulación equivalente. El ECD suele considerar las presiones hidrostáticas y la presión de fricción resultante del movimiento del fluido. Por ejemplo, un lodo de 12,0 lb / galón puede actuar como si fuera un lodo de 12,3 lb / galón (debido a la presión de fr icción) mientras se bombea. Algunos ingenieros de perforación pueden referirse al ECD en este caso como 0,3 lb / gal. Los intervalos típicos para el factor aditivo ECD son 0.1-0.5 lb / gal o mayor. Los pesos de lodo equivalentes se calculan reajustando la ecuación 18.1 (a) en la forma mostrada en la Ec.18.2:
Ejemplo 18.1 Una sarta de casing intermedia (Fig.18.1) se cimentará como se muestra. Calcule la presión hidrostática a 12,000 pies. Convierte la presión a 12,000 pies
a un peso de lodo equivalente y determine si superará el gradiente de fractura de 14,2 lb / gal.
Flotabilidad El fluido de perforación proporciona un efecto beneficioso en relación con el peso de la cadena de perforación o la carga del gancho. Cuando el tubo es bajado en el pozo, el sistema de barro soportará, o boya, parte del peso del tubo. Este efecto se denomina flotabilidad, o fuerzas de flotación. El peso de la cadena de perforación será menor que el peso en aire de la tubería. Las fuerzas de flotación son una función del volumen y el peso del fluido desplazado. Los lodos más pesados tienen mayores f uerzas de flotación que los lodos de baja densidad. El peso de la boya puede calcularse a partir de la Ec.18.3:
Ejemplo 18.2 Una cuerda de la casing se ejecutará en un pozo que contiene 11,7-lb / galón de lodo. Suponga que la carcasa estará llena de barro mientras se ejecuta. Si el ingeniero utiliza un factor de seguridad de derrick de 2, ¿será satisfactoria la capacidad de la torre de 1.000.000 libras?
Regímenes de Flujo Mientras que los fluidos de perforación están fluyendo en un pozo, la forma en que se comporta el fluido puede variar. Este comportamiento se denomina a menudo el régimen de flujo. Los regímenes más comunes son laminares, turbulento y de transición. Desafortunadamente, es difícil definir claramente cada
tipo en el pozo. Como ejemplo, el flujo de lodo puede ser predominantemente laminar, aunque el flujo próximo a las paredes de la tubería durante la rotación de la tubería puede ser turbulento.
Flujo laminar. El régimen de flujo anular más común es laminar. Existe desde tasas de bombeo muy bajas hasta la velocidad a la que comienza la turbulencia. Las características del flujo laminar útil para el ingeniero de perforación son presiones de fricción bajas y erosión mínima del agujero. El flujo laminar puede describirse como capas individuales, o láminas, que se mueven a través de la tubería o anillo (Fig. 18-2). Las capas centrales usualmente se mueven a velocidades mayores que las capas cerca del pozo o tubería. El perfil de flujo describe las variaciones en las velocidades de la capa. Estas variaciones son controladas por las capacidades de resistencia al corte del barro. Un punto de alto rendimiento para el lodo tiende a hacer que las capas se muevan a velocidades más uniformes.
La eliminación de los cortes se discute a menudo como siendo más difícil con el flujo laminar. Las estacas parecen moverse hacia fuera de las capas de mayor velocidad a las áreas más acostumbradas. Estas capas exteriores pueden tener velocidades muy bajas y pueden no ser eficaces en la elim inación de los cortes. Un procedimiento común para minimizar el problema es aumentar el límite de elasticidad, lo que disminuye las variaciones de la velocidad de la capa. Una alternativa es bombear un tapón de 10-20 bbl de alta viscosidad para "barrer" el anillo de los cortes.
Flujo turbulento. La turbulencia ocurre cuando las velocidades incrementadas entre las capas crean fuerzas de cizallamiento que exceden la capacidad del
lodo de permanecer en flujo laminar. La estructura en capas se vuelve caótica y turbulenta (Fig. 18-3). Turbulencia ocurre comúnmente en la cadena de perforación y ocasionalmente alrededor de los collares de perforación. Mucha literatura publicada sugiere que el flujo turbulento anular aumenta los problemas de erosión de agujeros. La corriente de flujo está continuamente girando
en
las
paredes.
Además,
la
velocidad
en
las
paredes
es
significativamente mayor que la capa de pared en flujo laminar. Muchos profesionales de la industria creen que el flujo turbulento y el tipo de formación son los parámetros de control para la erosión.
Flujo Transicional. Desafortunadamente, a menudo es difícil estimar la velocidad de flujo a la que se producirá la turbulencia. Además, la turbulencia puede ocurrir en varias etapas. Es conveniente describir esta zona "gris" como una etapa de transición.
Criterios de Turbulencia. Se pueden usar varios métodos comunes para establecer criterios de turbulencia. El enfoque más común es el número de Reynolds. Otros incluyen: 1) intersección de los cálculos de caudal vs presión de presión para flujo laminar y turbulento y 2) cálculo de un valor z. El enfoque numérico de Reynolds se utiliza casi exclusivamente en la industria. Reynolds publicó un artículo (1883) que informó de experimentos relacionados con el flujo en las tuberías. Inyectó un fino filamento de colorante en una corriente móvil de líquido que fluía en un tubo de vidrio y encontró que, si el valor numérico de un grupo de variables era menor de 2.100, el filamento de colorante Se mantuvo pequeño. El filamento se dispersó rápidamente en "remolinos" si el valor del grupo era superior a 2,100.
La turbulencia se produce cuando la relación del momento del líquido a la capacidad de viscosidad del líquido para amortiguar las permeaciones excede de cierto valor determinado empíricamente. La fuerza momentánea del líquido es su velocidad multiplicada por su densidad. La capacidad viscosa del líquido para amortiguar permeaciones es la opresión interna contra el cambio y los efectos de las paredes del pozo. Para el caso simple de un líquido newtoniano no elástico que fluye en una tubería, el efecto amortiguador es el cociente de la viscosidad y el diámetro del pozo:
Dado que los lodos de perforación son no newtonianos y contienen cierto grado de elasticidad, la definición de un único número de Reynolds se vuelve difícil. El número de Reynolds para el flujo de un líquido no newtoniano en un tubo se muestra en la Ec.18.6:
Los términos n y K se refieren al modelo de barro de la Ley de Poder, que será discutido en las siguientes secciones. Una ecuación más simple utilizada en la literatura para predecir el número de Reynolds en el límite superior del flujo laminar es la siguiente:
La relación para el número de Reynolds entre los regímenes de transición y de flujo turbulento se da en la Ec.18.8:
Es evidente a partir de las ecuaciones 18.7 y 18.8 que el número de Reynolds es deslizante, con su dependencia en el índice de comportamiento de flujo.
La posición de intersección entre las pérdidas de presión de flujo laminar y turbulento depende de las ecuaciones utilizadas (Fig. 18-4). La regla de cálculo Reed o las tablas de Hughes pueden dar errores si el barro no es totalmente newtoniano a la velocidad de corte aplicable. Usando ecuaciones bien conocidas disponibles en la literatura y un fluido newtoniano, las líneas de presión laminarturbulenta intersecan en un punto que es equivalente a un número de Reynolds de aproximadamente 1,900, o un 10% por debajo del valor de 2,100. El punto de intersección para los fluidos no newtonianos puede ser un 30% por debajo de la transición real.
El método del z-valor fue desarrollado por Ryan y Johnson basado en datos experimentales de varias fuentes y experimentalmente verificado por otros. El valor z se calcula a partir de la Ec.18.9:
Se asume el flujo laminar y se calcula el valor z y se traza frente al radio. Si el valor excede 808, la suposición de flujo laminar es incorrecta y se produce turbulencia. Cálculo del valor z es complejo y lleva mucho tiempo. Velocidad Crítica. El término velocidad crítica se usa para definir la velocidad simple a la cual el régimen de flujo cambia de laminar a turbulento. Esta variable de la ecuación 18,5 es el más importante ya que todos los demás miembros se consideran constantes en una operación típica. Puesto que ningún número de Reynolds único define la zona de transición, se deduce que puede ser necesario un intervalo de velocidades críticas para determinar el régimen de flujo. En aplicaciones prácticas, se calcula una velocidad crítica (Vc) y una velocidad real
(Va). Si Va Va el flujo es turbulento. Si los cálculos Va ͌ Vc se hacen con ambos regímenes de flujo y se utilizan las pérdidas de presión más grandes.
Modelos de flujo (matemáticos) Se utiliza un modelo matemático para describir el comportamiento del fluido en condiciones dinámicas. El modelo se puede utilizar para calcular las presiones de fricción, las presiones de compresión y de oleada, y las velocidades de deslizamiento de los cortes en los fluidos. Los modelos más utilizados en la industria de la perforación son Newtonianos, Plástico de Bingham y Ley de Potencia. Los términos utilizados en los modelos de barro son el esfuerzo cortante y la velocidad de cizallamiento. Pueden describirse considerando dos placas separadas por una distancia especificada con un fluido. Si se aplica una fuerza a la placa superior mientras la placa inferior está estacionaria, se alcanzará una velocidad y será una función de la fuerza, la distancia entre las placas, el área de exposición y la viscosidad del fluido:
En las operaciones de perforación, el esfuerzo cortante y la velocidad de cizallamiento son análogos a la presión y velocidad de la bomba, respectivamente.
Líquidos Newtonianos. El modelo utilizado inicialmente para describir los lodos de perforación fue el modelo newtoniano, la Ec.18.12:
Indicó que presión de la bomba (esfuerzo cortante) se incrementaría proporcionalmente para distorsionar la velocidad (Fig. 18-5). Si una constante de proporcionalidad se aplica para representar la viscosidad del fluido, 18.12 de la ecuación se convierte en EQ. 18.13:
τμγ
(18.13)
Donde:
μ = viscosidad del fluido Por desgracia, lodos de perforación generalmente no se puede describir por un término de viscosidad única. Que requieren dos o más puntos para una representación precisa de la conducta. Como resultado, el modelo newtoniano generalmente no se utiliza en los planes de hidráulica.
Plástico de Bingham. El modelo de Bingham fue desarrollado para describir de manera más eficaz perforación lodos actualmente en uso. Bingham la teoría cierta cantidad de estrés que requiere para superar la estructura de gel del lodo antes de que pudiera iniciar el movimiento (Fig. 18-6): τ μ p γ τ y
(18.14)
Donde:
τ y = fluencia μ p = viscosidad del fluido En términos prácticos, la ecuación afirma que una cierta presión se puede aplicar al barro para iniciar el movimiento. Presiones de lodo que fluye sería una función de la presión inicial de la producción y la viscosidad del fluido. Las tasas de corte se toman normalmente a precios de 300 y 600 rpm en el
Viscosímetro. El líquido viscosidad (μp) y fluencia (τy) se calculan como sigue: μ p θ600 - θ300
(18.15)
Donde:
θ600, θ300 = lectura a 600 y 300 rpm, respectivamente
τ y θ300 - μ p
(18.16)
La viscosidad del fluido se denomina viscosidad plástica (PV) debido a la naturaleza plástica del fluido y es Medido en centipoise (cp). La viscosidad plástica se ve afectada por el tamaño, forma y Concentración de partículas en el sistema de barro. A medida que los sólidos de barro aumentan, la viscosidad plástica Aumenta. La viscosidad plástica es una propiedad de barro que no se ve afectada por la mayoría de los diluyentes químicos Y se puede controlar sólo alterando el estado o el número de sólidos.
El límite de elasticidad, τy se le da el nombre de límite de elasticidad y se mide en lb / 100 ft2. Es una función de la atracción interparticular de los sólidos en el lodo. El límite elástico es controlado por diluyentes químicos, dispersantes y viscosificadores. Las Tablas 18-1 a 18-3 ilustran las propiedades comunes de barro para las formulaciones basadas en gel, basadas en aceite e invertidas Aceite. Estas propiedades se obtuvieron de varias compañías de barro y se deben utilizar Sólo como guía. Es difícil justificar el uso de los t érminos PV y YP a los lodos de petróleo debido a la en el que el agua emulsionada se trata como una partícula sólida.
Fig. 18-4 se puede utilizar para describir las debilidades del modelo de Bingham. Un problema con cualquier Modelo utilizado en operaciones de perforación es su dependencia en el uso de dos puntos para definir una línea que Debe ser conocido, intuitivamente, como no lineal. Las velocidades de corte de 300 y 600 rpm son generalmente Mayor que las tasas de cizallamiento del anillo, resultando en tensiones de cizallamiento calculadas valores. Aunque el modelo de Bingham es comúnmente aceptado en la práctica, un modelo como el la ley de Potencia sería más descriptiva, particularmente cuando el fluido está en turbulencia. Ley de potencia. El modelo Power Law es una expresión matemática estándar utilizada para Describen una curva no lineal. La ecuación para fluidos de perforación se muestra en la Ec. 18.17 e ilustrado en la Fig. 18-7:
τ K ()n
(18.17)
Dónde: K = índice de consistencia n = índice de comportamiento del flujo El índice de comportamiento de flujo es descriptivo del grado en que el fluido no es newtoniano. El comportamiento del flujo y los índices de consistencia se calculan a partir de las ecuaciones 18,18 y 18,19, respectivamente:
(La ecuación 18.19 se modifica ligeramente para su uso en la correlación de velocidad de deslizamiento de Moore).
Ejemplo 18.3 Utilice las siguientes lecturas del viscosímetro para calcular PV, YP, n, y K:
Solución:
Determinación de la presión de fricción El bombeo de un fluido de perforación requiere superar las fuerzas de arrastre de fricción de las capas de fluido y sólidos. La presión de la bomba (PP) se puede describir como la suma de la fuerza de fricción en el sistema de circulación: Pp Pds Pb Pa
(18.20)
Dónde: Pp = presión de la bomba, psi Pds = presión de fricción de la cadena de perforación, psi Pb = caída de la presión del bit, psi Pa = presión anular, psi La caída de presión en la broca resulta de la aceleración del fluido y no únicamente de las fuerzas de fricción. Como un resultado, se discutirá en una sección separada. Las ecuaciones para determinar las presiones de fricción varían según los regímenes de flujo, tales como laminar y turbulento. Además, los modelos Plástico Bingham y Power Law diferencian en su forma. Ya que estos modelos se utilizan con frecuencia en aplicaciones de perforación, se presentarán en las siguientes secciones. Las ecuaciones newtonianas no serán presentadas.
Presiones de Fricción de Plástico De Bingham. El modelo Plástico Bingham se utiliza principalmente para calcular la presión de f ricción asociada con el flujo laminar. Esta restricción se basa en su incapacidad para describir con precisión las tensiones cortantes asociadas con altas velocidades de cizallamiento. Flujo laminar y turbulento. Sin embargo, se presentarán cálculos, ya que se utilizan con frecuencia en la industria de la perforación. La velocidad del fluido en la cadena de perforación se describe en la Ec. 18.21:
Dónde: V = velocidad del fluido, ft / s Q = caudal, gal / min D = diámetro del tubo, pulg. La velocidad crítica (Vc) para la determinación laminar y de turbulencia se calcula a partir de la Ec. 18.22:
Dónde: Vc = velocidad crítica, ft / seg Pv = velocidad plástica, cp Yp = punto de fluencia, lb / 100 ft2
Ρ = peso del lodo, lb / gal Las presiones de fricción para flujo laminar se pueden calcular de la siguiente manera:
Dónde: L = longitud de sección, pies El flujo turbulento se calcula de acuerdo con la Ec. 18,24:
En el anillo, se realiza la misma serie de operaciones pero con ecuaciones ligeramente diferentes a Cuenta la geometría del orificio:
Dónde: Dh = caja o identificación del orificio, in. Dp = tubo o collar OD, in.
Para flujo laminar:
Para flujo turbulento:
Ejemplo 18.4 Utilice los resultados del Ejemplo 18.3 y los siguientes datos para calcular las presiones de fricción Para caudales de 100 y 200 gpm. Utilice el modelo de Bingham. ID de tubo = 3,5 pulg. Peso de barro = 12,9 lb / gal PV = 29 cp YP = 6 lb / 100 ft2 Longitud = 10.000 pies Solución: Calcular las velocidades para caudales de 100 y 20 0 gal / min
1. Determine la velocidad crítica a la cual el flujo laminar se convertirá en flujo turbulento. Utilice la ecuación 18.22:
1. Para el caudal de 100 gal / min, la velocidad real (Va) es ligeramente
menor que la velocidad crítica (Vc) de 3,37 pies / seg. Utilice la ecuación de flujo laminar, Eq. 18.23. (Nota Que la diferencia entre Va y Vc es pequeña. Podría ser aconsejable en algunos casos Considere el cálculo de las pérdidas de presión para el flujo laminar y turbulento y utilice el mayor valor.)
2. A un caudal de 200 gal / min, la velocidad real de 6,66 pies / seg. Es
significativamente mayor Que la velocidad crítica de 3,37 pies / seg. Por lo tanto, utilice la ecuación de flujo turbulento, Eq. 18,24:
Las ecuaciones laminar y de turbulencia pueden usarse para ilustrar la diferencia básica entre estas Dos sistemas de flujo. En las ecuaciones laminares 18.23 y 18.27, un valor para el límite de elasticidad (YP) es una parte importante de la pérdida de presión, particularmente cuando se observa que el valor por un diámetro cuadrado. Las ecuaciones de flujo turbulento no contienen un término YP. El límite de elasticidad es una de las fuerzas que crean las atracciones entre partículas, haciendo que el barro se m ueva en láminas. Cuando la fuerza de cizallamiento supera el límite de elasticidad, comienza la turbulencia y el límite de elasticidad no es factor a partir de entonces. Presiones de fricción de la ley de potencia. Los cálculos de Power Law siguen la misma secuencia que el modelo de Bingham. Las velocidades reales y críticas se comparan para determinar el régimen de flujo antes de calcular la pérdida de presión. Si V y Vc difieren significativamente, elija el flujo apropiado ecuación. Cuando V = Vc hacer ambos cálculos de pérdida de presión y elegir el más grande. Una palabra de precaución debe ser dada en este punto en relación con Bingham y Power Law Ecuaciones. Muchas formas de estos cálculos existen en la industria con unidades que difieren ligeramente. La velocidad se puede expresar en ft / seg o ft / min, lo que evidentemente haría un error significativo en los cálculos, particularmente cuando V está en forma de exponente. El modelo de Ley de Poder exige atención adicional porque existen varios métodos para calcular los parámetros básicos de n y K. Este no es el caso para el modelo de Bingham porque sólo se utiliza un método aceptado para PV y YP. Las ecuaciones presentadas en este texto son las de Moore et al.
Calcular las presiones de fricción en la cadena de perforación usando las ecuaciones de Power Law para laminar y el flujo turbulento se logran con las ecuaciones 18,29 y 18,30, respectivamente:
Para la simplicidad de cálculo, se supone NR = 3.000 para los criterios de turbulencia. Supuestos básicos para Las correlaciones del factor de f ricción dan como resultado la ecuación de velocidad crítica, la ecuación 18,31:
Ejemplo 18.5 Refiérase a los ejemplos 18.3 y 18.4 y calcule las presiones de fricción para el sistema en Ejemplo 18.4. Utilice el modelo Power Law y un caudal de 125 gall min. Si Va = Vc Calcular la caída de presión para flujo laminar y t urbulento y elegir el valor mayor . Solución: Con referencia a los ejemplos 18.1 y 18.2, los datos a utilizar son: N = 0,870 K = 0,154 ID de tubería = 3,5 pulg. Peso de barro = 12,9 lb / gal Longitud = 10.000 pies Determine la velocidad real a 125 gal / min:
1. Utilice la ecuación 18.31 para calcular la velocidad crítica, Vc:
Para fines de ilustración en este ejemplo, suponga que Va Vc.
2. Las pérdidas de presión del flujo laminar se calculan a partir de la Ec. 18,29:
3. Las pérdidas de presión del flujo turbulento se calculan a partir de la
Ec. 18.30:
6. Desde 158,6 psi> 93,4 psi, la pérdida de presión es el valor mayor. 7. Algunos grupos dentro de la industria pasan por alto el paso 3 y calculan la presión Gotas de las ecuaciones. 18,29 y 18,30. Las ecuaciones de flujo anular siguen el mismo patrón que los cálculos de la cuerda de taladro. Laminado y la turbulencia se dan en las ecuaciones 18,32 y 18,33, respectivamente:
Tenga en cuenta que la ecuación 18.33 utiliza el tér mino PV, que es un valor de modelo de Bingham. Puesto que es vago
Relacionan la viscosidad con un flujo turbulento, una práctica común usa μ relacionado con PV, como se muestra en la Ec. 18.35:
Presiones de fricción de equipos de superficie. Calculando la caída de presión en la superficie Equipo, como el tubo vertical y el kelly, normalmente se realiza comparándolo con una longitud equivalente de tubo. El equipo de superficie se divide en cuatro grupos (Fig. 18-8) a determinar una longitud equivalente. Por ejemplo, si una plataforma tiene equipo de superficie del grupo 3 y 4 ½ pulg. Tubería de
perforación, se utilizarían 479 pies adicionales de tubería para calcular las pérdidas de equipos de superficie.
Caída de presión de bits. Un porcentaje importante de las presiones normales de circulación se pierde bombeando a través de las boquillas cuando se usan brocas de chorro. La pérdida de presión no es presión de fricción sino más bien fuerzas de aceleración. Los supuestos generalmente realizados son 1) los cambios en la presión resultantes de un cambio en la elevación son despreciables y 2) la velocidad aguas arriba es insignificante en comparación con la corriente descendente (Fig. 18-9). Basándose en estos supuestos, se calcula la caída de presión de bits Según la ecuación 18.36:
Resolución para la velocidad de la boquilla, Vn:
Estudios de laboratorio muestran que la caída de presión a través de la boquilla no precisamente de acuerdo con las ecuaciones 18,36 y 18,37. Se aplica un factor de coeficiente de descarga, Cd, a hacer que los resultados de laboratorio correspondan a caídas de presión teóricas. El coeficiente de descarga varía, dependiendo del tipo y tamaño de la boquilla. Un valor de 0.95 es representativo para la mayoría de los campos situaciones.
Aplicando Cd, Eq. 18.37 se convierte en la Ec. 18,38:
La velocidad en las toberas es igual al volumen de flujo dividido por el área, o:
La conversión a unidades de campo comunes, el Vn se convierte como sigue:
Dónde: At = área total de la boquilla, in2 Q = caudal, gal / min Vn = velocidad de la boquilla, ft / seg Usando la ecuación 18.40, Ec. 18.38 se convierte en la Ec. 18,41:
Y la solución para Pb:
La potencia hidráulica (HHP) y la fuerza de impacto (Fj) en la broca son las siguientes:
Ejemplo 18.6
Calcule la potencia hidráulica y la fuerza de impacto para el siguiente conjunto de condiciones: Peso de barro = 14,5 Caudal = 300 gal / min Tamaños de chorro = tres 12/32 pulg. Chorros Solución: 1. Determine el área de la boquilla, At:
2. Eq. 18.42 se utiliza para calcular la caída de presión en el bit:
3. Calcule la potencia hidráulica gastada en el bit de la Ec. 18,43:
4. La fuerza de impacto hidráulico se calcula a partir de la Ec. 18,44:
Optimización y planificación del chorro Durante muchos años, los ingenieros han sabido que el sistema hidráulico desempeña un papel importante en la limpieza de la cara de la formación de modo que un poco pueda perforar más rápido. Esto se hizo evidente cuando bombas más grandes aumentaron la velocidad de perforación, ya que más lodo se bombeaba a través de la garganta grande de la corriente regular bit. Los bit s de chorro se desarrollaron para mejorar la acción de chorro de las velocidades de lodo altas en el golpe. Además, las características tales como boquillas extendidas y la variación del número de boquillas se demostró que afectan drillrate.Se han hecho muchas especulaciones con respecto al papel de la hidráulica juega en la eliminación de recortes. Por ejemplo, ¿las fuerzas de alto impacto limpian el agujero más eficazmente que las velocidades? El punto clave en esta especulación es la posibilidad de desarrollar el mecanismo de limpieza de tal manera que un fragmento de roca perforada se elimine, prácticamente instantáneamente, después de que se llene hasta el momento, industria en lo personal está de acuerdo en la técnica de limpieza perfecta. Las variables más comúnmente optimizadas son la fuerza de impacto, la potencia hidráulica y la velocidad del chorro, en algunos casos, cuando se optimiza, se limpia el orif icio, mientras que en otros casos uno Es más eficaz que los demás En algunos casos, ninguno es eficiente Fuerza de Impacto Los estudios de laboratorio y de campo han demostrado que el flujo cruzado bajo la cara del golpe es el parámetro más efectivo en la limpieza de orificios Fuerza de Impacto Fuerza de impacto. Estudios de laboratorio y de campo han demostrado que el flujo cruzado bajo la cara del golpe es el parámetro más efectivo en la limpieza de orificios. El flujo transversal es máximo cuando la fuerza de impacto es máxima. La presión total de la bomba (Pp) es igual a las presiones de fricción (PF y la caída de presión de los bits (PB):
Además, observando que Pr es proporcional a la velocidad:
Donde M=flujo exponente usualmente tomado como 1,75 , Se puede decir que
donde C es una constante que representa las propiedades del lodo y la geometría del pozo, Reordenando Eq. 18.45 y sustituyendo en 18.47
La fuerza de impacto del Jet fue definida previamente como:
Mediante la sustitución de la ecuación 18.48 en la Ec. 18.44, se establece la siguiente expresión:
O combinando los términos:
Usando el cálculo. Eq. 18.50 puede maximizarse y resolverse en la Ec. 18.SI:
Realizando uhal M es aproximadamente 2, la ecuación se reduce a 0,5 Pr, que es el familiar 50% de la presión de la bomba gastada en el golpe para condiciones óptimas de impacto. Potencia hidráulica. La ecuación hidráulica del caballo de fuerza puede ser optimizada de una manera similar, dando por resultado las ecuaciones siguientes:
Método Gráfico. El método más conveniente para seleccionar los tamaños de chorro apropiados para la optimización de la hidráulica de los broca es el gráfico mostrado en la Fig. 18-10. El caudal máximo posible se basa en la potencia de la bomba y en las limitaciones de presión. El caudal mínimo se basa en velocidades anulares aceptables para la eliminación de cortes o las tasas mínimas de bombeo de las restricciones mecánicas. Estas dos líneas están conectadas por las pérdidas de
presión de fricción óptimas deseadas, usualmente el 50% para la fuerza de impacto o el 33% para los criterios hidráulicos del caballo. El método más preciso es determinar M a partir de dos caudales en el pozo y calcular las presiones de fricción óptimas usando las ecuaciones. 18.5i y 18.52. Después de construir el gráfico, trace las dos presiones de fricción resultantes de las tasas de ensayo, determinadas rescatando la caída de bits calculada de la presión de la bomba. Dibuje una línea a través de los dos puntos hasta que cruce la trayectoria de la hidráulica óptima. El punto de intersección determina el caudal deseado, que puede ser sustituido en la Ec. 18.54 para calcular el área deseada para la boquilla de chorro
Ejemplo 18.7 Un ingeniero de perforación tiene la intención de optimizar la hidráulica de los bits en un pozo con las siguientes características. Seleccione los tamaños de chorro adecuados para los métodos de fuerza de impacto y de potencia hidráulica:
Solucion: 1 determine el caudal máximo posible como la restricción del extremo superior
2 Determine el caudal mínimo. La restricción de extremo inferior se basa en velocidades mínimas de bombeo o velocidad anular. La velocidad de 70 filmin se convierte en una velocidad de flujo:
Ya que la velocidad de paro de la bomba de 175 gal /min > 148 gal / min, el caudal mínimo es 175 gal/min 3 las presiones de fricción para cada régimen de bombeo se calculan como
4.
La pendiente CM) se puede calcular gráficamente a partir de la Fig. 18-11 o con la Ec. 18,55:
5 Utilice las ecuaciones. 18.51 y 18.52 para determinar las pérdidas de presión de fricción óptimas para los métodos de f uerza de impacto y de potencia hidráulica. Trace los resultados en la Fig. 18-11.
6 Desde la Fig 18-11 la taza de flujo optima son:
7 El tamaño óptimo de la tobera son calculado con los resultados del paso 7 y la ecuación 18.54.
Velocidad del chorro. La velocidad máxima del fluido que se mueve a través de los chorros de la broca ocurre cuando se observa una caída de presión máxima a las velocidades inferiores posibles. Las tasas se basan generalmente en la velocidad de deslizamiento de las estacas en el anillo y en las velocidades de flujo de lodo que se superan a esta velocidad. Para usar la ecuación 18.54, el caudal se establece como el volumen mínimo posible. La línea de la Fig. 18-10 se extrapola hacia abajo hasta que cruza la línea de caudal mínimo. La presión en esta intersección es el valor a ser sustituido en la ecuación 18,54. En muchos pozos profundos, la hidráulica y la optimización del impacto se degradan en los criterios de velocidad del chorro debido a las altas presiones de fricción asociadas con estos pozos. Ejemplo 18.8 El Ejemplo 18.7 y la Fig. 18-11 se utilizaron para calcular los tamaños óptimos del chorro para el torce del impacto y los métodos hidráulicos del caballo de fuerza. Utilizando los mismos datos, determine los t amaños de chorro óptimos para el método de velocidad. No utilice tamaños de chorro menores de 8/32. Puede ser necesaria una selección de 1 ó 2 boquillas. Solución: l. Consulte la Fig. 18-11. Extrapolar la línea de presión de fricción hasta que cruce la tasa mínima de 175 gal/min
2 Determine el tamaño del jet
La optima configuración es tres 7/32avos . Por lo tanto una restricción de 8/32avos ha sido establecido. Recalculando el tamaño con una configuración de 2 jets:
Preplanificación de Hidráulica. Un programa hidráulico óptimo debe ser planeado antes de sacudir el pozo para que el supervisor de perforación en el sitio tenga una estimación de los requerimientos de chorro. Los datos requeridos para la planificación se pueden encontrar en la sección de barro y cubierta del plan del pozo. Se puede utilizar un valor teórico de 1,75-2,0 para el exponente de flujo o velocidad. Algunos ingenieros de perforación creen que la preplanificación no es fructífera o razonablemente exacta debido a las condiciones de los pozos que cambian durante el curso de la perforación del pozo, es decir, propiedades de barro, variaciones ligeras del tamaño del orificio, etc. El ejemplo 18.9 muestra que la preplanificación puede ser bastante satisfactoria Incluso cuando existen variaciones significativas de propiedades de lodo. En la optimización hidráulica, los criterios más importantes podrían ser las dimensiones internas de la columna de perforación debido a las grandes pérdidas por presión de fricción. Esto es importante ya que las cadenas de perforación están alteradas del diseño original. Además, grandes variaciones en la geometría anular no afectan significativamente a los resultados debido a las presiones de fricción relativas de kw en comparación con las pérdidas de la cadena de perforación Ejemplo 18.9 Un ingeniero de perforación quiere comparar la viabilidad de preplanificar un programa hidráulico para un pozo. Conoce los parámetros esperados y reales utilizados en el pozo. Determine si la planificación previa del programa hidráulico proporciona una estimación realista que es suficientemente precisa para el campo. Los parámetros de la mente usados en el pozo real eran los únicos valores diferentes que las condiciones cxpccted.) geometría del hoyo.
Solución: 1. Optimizar los tamaños de chorro para cada profundidad. Obsérvese que los tamaños separados de pozo se calculan en 3.500 y 10.000 pies. Los resultados se calculan con un programa pro gramacional de software. Tablas 18-4 y 18-5) 2. Es evidente a partir de los datos mostrados en las tablas que los datos de los pozos reales sí No producirá ninguna diferencia significativa en el plan desarrollado con la información anterior. 3. En la mayoría de los cascos, la preparación de un plan previo al espolón proporciona una herramienta eficaz que detecta que la cuerda de perforación está alterada, es decir, Tubería 5 pulgadas en lugar de 4 2/1 pulgadas en .. etc
Presión de Sobretensión Las presiones de sobretensión describen los cambios de presión en el anillo debido al movimiento de la tubería. A medida que se saca el tubo del pozo. El barro fluye por el espacio anular para llenar el vacío que deja el tubo. A medida que el tubo es bajado en el pozo, el barro es forzado fuera de la línea ahora. Los cambios de presión causados por la reducción de la tubería en el pozo se denominan presiones de sobretensión y generalmente se consideran que se añaden a la presión hidrostática. La extracción de la tubería del pozo crea presiones de hisopo, que son negativas, lo que resulta en una reducción neta de la presión en el pozo Muchos problemas son causados por el swab y presiones de oleada. La extracción de la tubería a velocidades que crean grandes presiones de escobilla puede inducir una patada reduciendo la presión de bienestar por debajo de la presión de formación. Las presiones de sobretensión aumentan la presión total del pozo y pueden causar fracturas en la formación y
pérdida de circulación. La compresión computarizada y las presiones de sobrecarga son difíciles debido a la forma en que fluye el fluido mientras la tubería se mueve en el pozo. Como se muestra en la Fig. 18-12, el tubo que se desplaza hacia abajo por el anillo hace que el lodo adyacente al tubo sea arrastrado hacia abajo. Puesto que el anillo es un volumen fijo, sin embargo, y el barro se considera incompresible, algún barro debe fluir fuera del anillo. La mecánica es diferente que el bombeo ya que el flujo de fluido se considera que es sólo una dirección.
Burkhardt realizó estudios de campo para evaluar las presiones de oleaje y de presión. Su trabajo consistía en cargar la carcasa en un pozo equipado con sensores de presión. Una típica respuesta de presión al movimiento de la tubería se muestra en la Fig. 18-13. Se muestran presiones positivas y negativas para los casos en que la tubería se retira de los resbalones y después se desacelera. El modelo complejo nuid bajo mostrado en la Fig. 1810 fue evaluado por Burkhardt. Usando matemáticas involucradas. Burkhardt desarrolló una relación entre geometrías de tubería y agujero y el efecto del lodo de arrastre adyacente a la tubería. El término aglutinante cunstante representa esta relación (Fig. 18-14). La velocidad del lodo en el anillo se debe calcular antes de que pueda aplicarse la constante de apego. El caudal de acero para una cadena de perforación cerrada en el pozo viene dado por Eg. 18.56:
Donde: Q= caudal Vp= velocidad de la tubeia La velocidad en el anular es el cociente del caudal y el área:
Si la tubería es abierta en la terminación la velocidad del flujo se resuelve con una manera similar
Aplicando la constante pegado , k la velocidad efectiva anular es la siguiente:
Burkhardt señaló que k =0,45 era una buena hipótesis para la mayoría de las geometrías típicas. En funcionamiento, se utiliza una velocidad de tubería para calcular el flujo de tubería en el pocillo, que se supone es igual al flujo del pozo. La constante de apego se aplica para producir una velocidad efectiva basada en los patrones del complejo ahora en el anillo. Las presiones de oleada o compresión se calculan sustituyendo la velocidad efectiva por cualquiera de las ecuaciones de presión de fricción previamente definidas. Es r azonable utilizar ecuaciones de flujo laminar, ya que las velocidades normales del tubo rara vez causan velocidades mayores que las críticas. Ejercicio 8.10 Un pozo está experimentando problemas de circulación perdidos en la parte inferior de la cadena de la carcasa. Se colocará un revestimiento en el pozo. Si el revestimiento se baja a una velocidad máxima de 93 pies / min, ¿las presiones de sobrepresión excederán el gradiente de fractura? Usc el modelo de Bingham y asumir el flujo anular laminar. Además, asuma que la velocidad de la tubería es la misma que el valor promedio.
Solucion. 1 La máxima presión ocurre cuando el fondo de el liner alcanza el asiento del casing. 2. La taza de flujo de lodo deja el pozo cuando el la zapata del liner alcanza el asiento del casing.
3. Calculando las velocidades del anular alrededor del drillpipe y el liner
4. Refiérase a la Fig. 18-44 y determinar la constante de apego, k, para la tubería y el revestimiento:
5. Las velocidades anulares efectivas alrededor del tubo (Vpe) y del revestimiento (Vle) son:
6. El aumento de presión causado por la tubería de perforación es el siguiente (use la ecuación 18.27):
7. El aumento de presión causado por el revestimiento es:
8. El aumento de presión total y el peso equivalente de barro son:
9. Por lo tanto, el gradiente de fractura de 17,0 libras / galón sería excedido (17,45 libras / galón) a una velocidad de tubo de 93 pies / min. 10. En realidad, el régimen de flujo en el anillo era turbulento opuesto al revestimiento. La asunción de flujo laminar en este ejemplo se hizo por simplicidad e ilustración.
La tubería abierta aumenta la complejidad de los cálculos considerablemente. Las pérdidas de presión en el anillo y en la cadena de perforación deben ser iguales. Dado que existen diferentes geometrías, sin embargo, los caudales en el anillo y la tubería no serán los mismos. Además, es posible que el anillo sea laminar, mientras que el flujo de fluido en la tubería será turbulento. Una solución de prueba y error se utiliza suponiendo que un porcentaje mayor del flujo estará arriba del anillo con el resto en el tubo. A partir de estos volúmenes asumidos, las pérdidas de presión se calculan y comparan y los volúmenes se ajustan, dependiendo de las rel aciones de presión calculadas. Si el primer ensayo fue una relación de anillo a tubo de 75:25 y una distribución de presión de 200: 300 psi se observó, un segundo ensayo podría ser a 80:20. El procedimiento se itera hasta que se obtiene una relación que produce iguales caídas de presión tanto en el tubo como en el anillo. En un sentido práctico, las presiones de oleada y compresión están compuestas por las presiones requeridas para romper los geles en el lodo y las presiones causadas por el movimiento real del fluido. Los lodos gruesos a menudo pueden producir geles tan altos que las presiones de oleada resultantes de este componente son significativas. El límite de elasticidad y la resistencia del gel del lodo afectan este tipo de presión. Si se conoce una torunda o presión máxima permisible, es posible determinar una velocidad máxima de arrastre o de carrera para la tubería. La presión de sobretensión máxima es generalmente la diferencia entre el gradiente de fractura expuesto más bajo y el peso del lodo. La presión máxima del hisopo es la diferencia entre la mayor presión de formación de una zona permeable expuesta y el peso del lodo. Las ecuaciones de presión del hisopo se resuelven en orden inverso para llegar a una velocidad del tubo. Ejemplo 18.11
Consulte los datos del Ejemplo 18.10. Si el ingeniero de perforación en el sitio del pozo no desea exceder una presión de oleaje equivalente a 16,9 libras / galón, ¿cuál es la velocidad máxima que la tubería se puede ejecutar en el pozo? Solución:
1. Determine la presión de sobrepresión máxima permitida de manera que el lodo de 16,6 lb / galón no exceda el valor equivalente de 16.9 libras / galón:
2. La presión de sobrepresión de 156 psi es la cantidad máxima que puede ser generada por la presión de fricción opuesta a la tubería y el revestimiento, o:
3. Sustituyendo las ecuaciones de presión para Pp y Pl:
4. Dado que la suma de los componentes de velocidad es un número negativo, la tubería no puede ser introducida en el pozo a cualquier velocidad sin exceder la limitación de 16,9 libras / galón. El componente de límite de elasticidad de la oleada de presión hará que las presiones sobrepasen el valor de 156 psi. Velocidad de deslizamiento de cortes
La extracción de fragmentos de roca perforada del anillo es una función principal del fluido de perforación. Las estacas perforadas, que son más pesadas que el lodo, tienden a caer, o deslizarse, por el espacio anular. La predicción de estas velocidades de sedimentación es difícil porque las densidades de los cortes varían, las propiedades del barro cambian y el régimen del flujo en el anillo rara vez tiene una velocidad uniforme. Aunque muchas ecuaciones están disponibles para la predicción de deslizamiento de esquejes, sólo se presentarán dos. El flujo de barro en el anillo es generalmente laminar. La capacidad de elevación de los cortes puede aumentarse alterando las propiedades del lodo de modo que la velocidad total de las láminas sea más igual que el perfil mostrado en la Fig. 18-2. El perfil aplanado, Fig. 18-16, logra mayores velocidades uniformes.
Moore ha propuesto que un corte se deslizará a tr avés de un sistema de barro a una velocidad descrita en la Ec. 18,61.
Dónde: Vs = velocidad de deslizamiento, ft / min Dp = diámetro de partícula, pulg. El coeficiente de arrastre se determina a partir de la Fig. 18-17, donde el número de Reynolds de la partícula se calcula como sigue:
Cuando el número de Reynolds de la partícula (Np) excede de 2.000, se supone turbulencia y el coeficiente de resistencia permanece constante en 1.5. Para Np <1:
Eq. 18.61 se convierte en :
Cuando 10
Y la Ec. 18.61 se reduce a:
Eq. 18.66 se recomienda para la mayoría de las aplicaciones de campo. Como se puede ver fácilmente, el enfoque de Moore puede r equerir varias iteraciones. La viscosidad aparente en las ecuaciones 18.64, 18.66 y 18.68 como se propone Moore se calcula como sigue:
Dónde: V = velocidad del fluido, ft / s Para Np> 2.000 donde Cd es mayor que 1.5:
Dónde: Vs = velocidad de deslizamiento, ft / seg
Ejemplo 18.12
Una sección del agujero de la superficie en un pozo de la perspectiva se debe perforar a 3.500 pies. Muchos pozos en la misma área geográfica han experimentado problemas perdidos de la circulación que fueron atribuidos a la limpieza pobre del agujero. Si se establece una velcoidad anular mínima de 60 pies / min, ¿se limpiará adecuadamente el agujero? Utilice la correlación de Moore con los siguientes datos:
Solución: 1. La viscosidad aparente (μa) requiere cálculos de n y K con las ecuaciones 18,18 y 18,19:
Obsérvese que el índice de consistencia en la ecuación 18-19a sólo se utiliza en la correlación de Moore. 2. La velocidad anular, V, se calcula como:
3. La viscosidad aparente (μa) s e determina a partir de la Ec. 18,67.
4.- Para calcular la velocidad de deslizamiento (Vs) con la correlación de Moore, asuma una condición y luego verifique los resultados con el cálculo del número de Reynolds. Para una primera iteración, suponga que Np ≤ 1.0 y utilice la ecuación 18.64 para la velocidad de deslizamiento:
La verificación de número de partículas de Reynolds es:
Desde 7.46> 1.0, el uso de la Ec. 18.64 como una primera iteración no es válida. 5.- Suponga que 1.0
Desde 1.0 ≤ 3.60 ≤ 2.000, la ecuación 18.66 fue la elección correcta. 6. La velocidad anular del lodo es 0,856 pies / seg o 51,4 pies / min. La velocidad de deslizamiento de los cortes es 0.851 pies / seg o 51.06 pies / min. La velocidad neta ascendente de los cortes es despreciable a 0,34 pies / min.
Es muy posible, y tal vez probable, que los problemas de circulación perdida descritos en la sección inicial de este ejemplo sean causados por la baja tasa de limpieza de orificios. Chien Correlación. Chien ha desarrollado un enfoque directo hacia la determinación de la velocidad de deslizamiento de los cortes. El modelo se muestra en la Ec. 18,69:
Para las suspensiones de bentonita en agua, se recomienda utilizar la viscosidad plástica como viscosidad aparente. Para fluidos de perforación de polímeros, Chien recomienda calcular la viscosidad aparente como sigue:
En funcionamiento, la velocidad de deslizamiento de los cortes se calcula a partir de una ecuación similar a la de Chien. A partir del valor calculado, se determina un caudal aceptable basado en la velocidad mínima que mantendría los cortes estacionarios más un aumento de velocidad adicional para limpiar el orificio. Por ejemplo, si la ecuación de Chien determinó que la velocidad de deslizamiento de los cortes (Vs) era de 15 pies / min, la tasa de velocidad de un lodo ascendente de 15 pies / min mantendría los esquejes estacionarios, pero nunca limpiar el agujero. Como resultado, una ecuación similar a la ecuación 18.71 se utiliza pa ra determinar ese caudal mínimo:
Dónde: Va = velocidad real del lodo, ft / min Ejemplo 18.13
Repase el ejemplo 18.12 y utilice la correlación de Chien. Solución: 1.-Dado que el fluido de perforación está basado en gel, utilice la viscosidad plástica como la viscosidad aparente:
2.- La velocidad de deslizamiento se calcula como sigue con la Ec. 18,69:
3.- Obsérvese que la correlación de Chien predice un Vs de 0.76 pies / seg, mientras que la correlación de Moore produjo .851 pies / seg. Problemas 18.1 Calcular la presión hidrostática para las siguientes situaciones:
18.2 Determinar la presión hidrostática para la situación mostrada en la Fig. 1818. Calcule el peso de barro equivalente en la parte inferior del agujero. ¿Se superará el gradiente de fractura?
18.3 En la Fig. 18-19. Determine la presión hidrostática y el peso de barro equivalente en el fondo del agujero. (Nota: El peso de barro equivalente debe considerar la presión superficial de la caja de 875 psi).
18.4 Determinar los factores de flotabilidad para los pesos de barro dados en el Problema 18.1. 18.5 La siguiente cadena de perforación se introducirá en un pozo. Los collares de perforación son 107 lb / pie, 7 pulgadas x 3 pulgadas, 600 pies de largo. El tubo de perforación es de 4 ½ pulgadas, 16,6 lb / ft. Usando los pesos de lodo y las profundidades de los pozos que se muestran en el Problema 18.1, determine el peso de la cuerda flojera.
18.6 Calcular el peso de la cadena para la siguiente carcasa. La tubería se llenará de barro al ser introducida en el pozo. El peso del barro es de 13,8 lb / gal.
18.7 Calcular PV, YP, n y K para las siguientes lecturas del viscosímetro:
18.8 La Tabla 18-1 contiene datos típicos de viscosidad de plástico y de punto de fluencia para un sistema de barro basado en gel. Usando estos datos, construye una parcela similar para ny K. 18.9 A 10.000 pies de 4 ½ pulg. OD tiene un diámetro interno de 3,826 pulgadas. El barro de 14,2 lb / galón tiene un PV de 27 y un YP de 11. Calcule y trace las pérdidas de fricción para caudales de 50,100, 150, 200, 250 y 350 gal / min . Utilice el modelo de Bingham. 18.10 Reajuste el problema 18.9 y utilice el modelo Power Law. 18.11 Supongamos que un sistema de barro basado en gel se bombea a través de un sistema de lodo de 4.196 pulgadas. ID tubo de perforación. Calcular y trazar las velocidades críticas para pesos de barro de 10, 12, 14, 16 y 18,0 lb / gal. Utilice los datos de viscosidad de plástico en la Tabla 18-1. Use el modelo de barro de Bingham. 18.12 Repita el problema 18.11 y utilice el modelo Power Law. 18.13 Determinar la presión de la bomba para el siguiente sistema:
18.14 Se está operando un chorro de chorro bajo las siguientes condiciones. Calcule la potencia hidráulica, la fuerza de impacto y la caída de presión de los bits:
Peso de barro = 12,7 lb / gal Caudal = 200 gal / min Tamaños del jet = tres 10 / 32nds 18.15 S upongamos que un bit con tres chorros de 10/32 es usado con un barro de 10.0 lb / gal. Calcule y trate la caída de presión del bit, la potencia hidráulica y la fuerza de impacto para los caudales de 50, 100, 200, 250 y 300 gal / min. 18.16 Un ingeniero de perforación está supervisando la perforación de tres pozos descritos a continuación. Optimizar los tamaños de chorro para la fuerza de impacto y los métodos de potencia hidráulica.
18.17 Consulte el problema 18.16 y calcule los tamaños de chorro usando el método de velocidad. No utilice tamaños de chorro de menos de 9 / 32nds. 18.18 Se está perforando un pozo bajo las siguientes condiciones:
Calcular la presión de sobrepresión bajo los siguientes supuestos:
