INGENIERIA PETROLERA
HIDRAULICA DE PERFORACION
7to Semestre Gpo: A
Tipos de fluido Los fluidos se clasifican de acuerdo a sus características de tens tensió ión n y la rela relaci ción ón de esta esta con con el líqu líquid ido, o, es deci decirr en Newtonianos y no Newtonianos: Los Newton New toniano ianos s: Se caracterizan por tener una relación de equilibrio lineal lineal entre su tensión tensión y suA gradie gradiente nte de velocidad cero a cero. N!"#N$AN#: La %ayor %ayoría ía de las las soluciones soluciones de de sal en agua Suspensiones ligeras de tinte &aolín '%ezcla de arcilla( &o%bustibles de gran viscosidad )asolina *erosene La %ayoría de los aceites del %otor La %ayoría de los aceites %ineral. s decir el estado de estado de estos fluidos es equilibrado en el cual el fluido da la i%presión de no Sufrir tensión en su recorrido.
Los no Newtonianos: n estos su gradiente de velocidad depender+ de la viscosidad de dico líquido, lo cual quiere decir que el líquido sufrir+ una %+s alta o ba-a presión de acuerdo a su velocidad y viscosidad. N#N!"#N$AN#:
PRODUCCIÓN SEUDOPLÁSTICA, BINGHAM PLÁSTICO, PRODUCCIÓN DILATANTE Arcilla /arro Alquitr+n Lodo de aguas residuales Aguas residuales digeridas Altas concentraciones de inco%bustible en aceite Soluciones ter%opl+sticas del polí%ero.
SEUDOPLÁSTICO Lodo de aguas residuales &elulosa )rasa 0abón 1intura "inta de la i%presora Al%idón Soluciones del l+te2 La %ayoría de las e%ulsiones. ntre %ucos otros que for%an parte de eta red de fluidos no Newtonianos, co%prenden lo que son los co%puestos de alta densidad y de alta viscosidad. Modelos reológicos Son una relación %ate%+tica que no per%iten caracterizar la naturaleza reologica de un fluido deter%inado, esta se encarga estudiar la defor%ación dada a una tasa de corte específica, la cual per%ite analizar la idr+ulica de perforación rotatoria en el cual se utilizan %odelos co%o: pl+stico de /inga%, y la ley de potencia. stas son utilizadas por su gran si%plicidad en la utilización de la ecuación de flu-o y en la facilidad con la que se esti%an par+%etros involucrados. Sin e%bargo ciertos autores y científicos an llegado a la conclusión de que 3stos %odelos no estudian un rango a%plio del co%porta%iento de los fluidos con lo cual no son v+lidos para el estudio de fluido a gran escala e2tendiendo así el estudio característico de los fluidos a otros %odelos. n este estudio se seleccionan tres adicionales a los
tradicional%ente usados, para analizar el co%porta%iento de los lodos en rangos de traba-o %+s a%plios, ellos son: Ley de 1otencia 4odificada '5erscel/ul6ley(, %odelo de 7obertsonStiff y cuación de &asson. Los %odelos se definen sin tener en cuenta el efecto de la rotación ni la variación de la te%peratura con la profundidad. Modelo plástico de Bingham s un %odelo de dos par+%etros %uy usado en la industria. La ecuación que lo define es: 8n fluido 1l+stico de /inga% no co%ienza a fluir asta que el esfuerzo de corte aplicado e2ceda el valor %íni%o A partir de este punto el ca%bio en el esfuerzo de corte es proporcional a la tasa de corte y la constante de proporcionalidad es la viscosidad pl+stica. LEY DE POTENCIA s un %odelo de dos par+%etros para el cual la viscosidad absoluta dis%inuye a %edida que la tasa de corte au%enta. La relación entre la tasa de corte y el esfuerzo de corte est+ dada por la siguiente ecuación: No e2iste un t3r%ino para el punto de cedencia por tanto ba-o este %odelo los fluidos co%ienzan a fluir a una tasa de corte cero. 9iendo estos dos %odelos se diferencian en las siguientes características en que el %odelo pl+stico el fluido co%ienza a generar %ovi%ientos despu3s que el corte se a aplicado, y en la ley de potencia no i%porta si este aya aplicado ya un esfuerzo %íni%o superior al corte, 3ste fluir+ sin dico esfuerzo. Modelo de Casson
a una buena descripción de las características reológicas de los fluidos de perforación. A altas te%peraturas y ba-as presiones la apro2i%ación se ace %+s pobre. Modelo de Herschel–Bulle! 7esultado de la co%binación de aspectos teóricos y pr+cticos de los %odelos 1l+stico de /inga% y Ley de 1otencia. La siguiente ecuación describe el co%porta%iento de un fluido regido por este %odelo: n este %odelo los par+%etros y se definen igual que en Ley de 1otencia. &o%o casos especiales se tienen que el %odelo se convierte en 1l+stico de /inga% cuando y en Ley de 1otencia. Modelo de "o#ertson–Stiff 8n %odelo ibrido de los %odelos Ley de 1otencia y 1l+stico de /inga% para representar lecadas de ce%ento y lodos. La ecuación que lo caracteriza es: l par+%etro es considerado co%o una corrección a la tasa de corte, de %odo que representa la tasa de corte requerida por un fluido seudopl+stico puro para producir el esfuerzo de cedencia del %odelo de /inga%. Los par+%etros se definen igual que en Ley de 1otencia. Los %odelos ya %encionados dependen de ciertos par+%etros para ser calculados. sto depender+n de los valores dados los valores de corte y flu-o. Caídas de presión en tuerías: La caída de presión es uno de los factores que frecuente%ente se ignoran al calcular las di%ensiones de los siste%as. Los datos sobre caídas de presión para equipo son por lo general proporcionados por el fabricante del equipo.
Nor%al%ente se conoce la presión est+tica en el siste%a. n algunos casos puede acerse %uy poco acerca de las tuberías e2istentes, las cuales pueden ser de un ta%a;o %arginal o definitiva%ente de%asiado peque;as. n este caso, otros procedi%ientos, tales co%o instalar una unidad de %ayor ta%a;o o au%entar el di+%etro de la tubería en secciones críticas del siste%a, pueden ser necesarios. La %anera en que puede calcularse una caída de presión típica y el flu-o requerido, podría parecer un proceso co%plicado. Sin e%bargo, sola%ente consiste de una serie de pasos sencillos. s i%portante conocer los requisitos específicos del código de tuberías que an sido adoptados, y puestos en vigor, por la -urisdicción responsable de vigilar la seguridad e integridad de construcciones y tuberías en el +rea geogr+fica de instalaciones de equipo de trata%iento. sque%a de un yaci%iento petrolífero. La instru%entación de la tubería co%prende trans%isores de caudal '<"(, trans%isores de presión '1"( y trans%isores de te%peratura '""(.
sque%a de un yaci%iento petrolífero. La instru%entación de la tubería co%prende trans%isores de caudal '<"(, trans%isores de presión '1"( y trans%isores de te%peratura '""(.
Dise!o de "a #idr$u"i%a de un "odo l
solubles o %inerales y ade%+s, estable a altas te%peraturas. ebe %antener sus propiedades seg=n las e2igencias de las operaciones y debe ser in%une al desarrollo de bacterias. l ob-etivo principal que se desea lograr con un fluido de perforación, es garantizar la seguridad y rapidez del proceso de perforación, %ediante su trata%iento a %edida que se profundizan las for%aciones de altas presiones, la circulación de dico fluido se inicia al co%enzar la perforación y sólo debe interru%pirse al agregar cada tubo, o durante el tie%po que dure el via-e que se genere por el ca%bio de la %eca. ntre sus principales
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Transportar "os Ripios de Per&ora%ión' Derru(es o Cortes desde e" Fondo de" Ho)o #asta "a *uper&i%ie+ Los ripios de perforación deben ser retirados del pozo a %edida que son generados por la rotación de la %eca> para lograrlo, el fluido de perforación se ace circular dentro de la colu%na de perforación y con la ayuda de la %eca se transportan los recortes asta la superficie, subiendo por el espacio anular. La re%oción eficaz y continua de los ripios, depende del ta%a;o, for%a y densidad de los recortes, de la velocidad de penetración, rotación de la colu%na de perforación y de la viscosidad, siendo el par+%etro %+s i%portante, la velocidad anular del fluido de perforación, el cual depende del caudal o r3gi%en de bo%beo y para esto, el fluido debe ser bo%beado a la presión y volu%en adecuado, logrando que el fondo del oyo se %antenga li%pio. Contro"ar "as Presiones de "a For(a%ión+ l fluido de perforación se prepara con la finalidad de contrarrestar la presión natural de los fluidos en las for%aciones. Se debe alcanzar un equilibrio -usto, es decir, un equilibrio tal en el que la presión e-ercida por el fluido de perforación 'presión idrost+tica( contra las paredes del pozo
sea suficiente para contrarrestar la presión que e-ercen los fluidos que se encuentran en las for%aciones, el petróleo y el gas> pero que no sea tan fuerte que da;e el pozo. Si el peso del fluido de perforación fuese %uy grande, podría provocar la fractura de la roca y el fluido de perforación se perdería acia la for%ación. •
Li(piar' En&riar ) Luri%ar "a ,e%#a ) "a *arta de Per&ora%ión+ A %edida que la %eca y la sarta de perforación se introducen en el oyo, se produce fricción y calor . Los fluidos de perforación brindan lubricación y enfria%iento %ediante la capacidad calorífica y conductividad t3r%ica que estos poseen, para que el calor sea re%ovido del fondo del oyo, transportado a la superficie y disipado a la at%ósfera, y así per%itir que el proceso de perforación contin=e sin proble%as y se pueda prolongar la vida =til de la %eca. La lubricación puede ser de especial i%portancia para los pozos de alcances e2tendidos u orizontales, en los que la fricción entre la tubería de perforación, la %eca y la superficie de la roca debe ser %íni%a. sta característica de los fluidos de perforación puede au%entarse agregando e%ulsificantes o aditivos especiales al fluido de perforación de perforación que afecten la tensión superficial.
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Pre-enir Derru(es de For(a%ión *oportando "as Paredes de" Ho)o+ La estabilidad del pozo depende del equilibrio entre los factores %ec+nicos 'presión y esfuerzo( y los factores quí%icos. La co%posición quí%ica y las propiedades del fluido de perforación deben co%binarse para proporcionar la
estabilidad del pozo asta que se pueda introducir y ce%entar la tubería de revesti%iento. $ndependiente%ente de la co%posición quí%ica del fluido de perforación, el peso de debe estar co%prendido dentro del intervalo necesario para equilibrar las fuerzas %ec+nicas que act=an sobre el pozo 'presión de la for%ación, esfuerzos del pozo relacionados con la orientación y la tectónica(. La inestabilidad del pozo se identifica por el derru%be de la for%ación, causando la reducción del oyo, lo cual requiere general%ente el ensanca%iento del pozo asta la profundidad original. Ade%+s, el fluido de perforación debe ofrecer la %+2i%a protección para no da;ar las for%aciones productoras durante el proceso de perforación. •
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*u(inistrar un Re-o.ue Liso' De"/ado e I(per(ea"e para Prote/er "a Produ%ti-idad de "a For(a%ión+ 8n revoque es un recubri%iento i%per%eable que se for%a en la pared del oyo, debido al proceso de filtración, la cual puede ocurrir ba-o condiciones tanto din+%icas co%o est+ticas, durante las operaciones de perforación. La filtración ba-o condiciones din+%icas ocurre %ientras el fluido de perforación est+ circulando y ba-o condiciones est+tica ocurre durante las cone2iones, los via-es o cuando el fluido no est+ circulando. A)udar a *oportar' por F"ota%ión' e" Peso de "a *arta de Per&ora%ión ) de" Re-esti(iento+ La in%ersión de la tubería de perforación en el fluido produce un efecto de flotación, lo cual reduce su peso y ace que se e-erza %enos presión en el %ecanis%o de perforación> puesto que, con el incre%ento de la profundidad de perforación el peso que soporta el equipo se ace cada vez %ayor, con lo cual el peso de una sarta de perforación o
de revesti%iento puede e2ceder las ?@@ toneladas y esto puede causar grandes esfuerzos sobre los equipos de superficie. l peso de la sarta de perforación y la tubería de revesti%iento en el fluido de perforación, es igual a su peso en el aire %ultiplicado por el factor de flotación. A %edida que au%enta el peso del fluido de perforación, dis%inuye el peso de la tubería. Trans(itir "a Poten%ia Hidr$u"i%a a "a For(a%ión por Dea0o de "a 1arrena+ n perforación de pozos, cuando se abla de idr+ulica se ace referencia a la relación entre los efectos que pueden causar la viscosidad, la tasa de flu-o y la presión de circulación sobre el co%porta%iento eficiente del fluido de perforación. urante la circulación, el fluido de perforación es e2pulsado a trav3s de las boquillas de la %eca a gran velocidad. La energía idr+ulica ace que la superficie por deba-o de la %eca est3 libre de recortes para así %a2i%izar la velocidad de penetración> ya que, si estos no son re%ovidos la /arrena sigue retriturando los vie-os recortes, lo que reduce la velocidad de penetración. sta energía ta%bi3n ali%enta los %otores de fondo que acen girar la %eca. Las propiedades reológicas e-ercen influencia considerable sobre la potencia idr+ulica aplicada y por lo tanto deben %antenerse en valores adecuados. "eolog$a de los diferentes tipos de fluidos de perforación en el la#oratorio Los ensayos son utilizados para deter%inar sus posibles alteraciones en el ca%po provocados por diferentes tipos de conta%inantes. F"uidos de ase a/ua Cara%terísti%as &ísi%as+ densidad, filtrado y 7eologia a ?@ f
Cara%terísti%as .uí(i%as+ alcalinidad del fluido '14(, alcalinidad de filtrado '1f4f(, 4/", cloruros, dureza c+lcica. F"uidos 1ase A%eite FI*ICO*+ ensidad, 7eología B@C<, stabilidad l3ctrica,
se e2presa en &ps. D l . 1, se e2presa en lbE@@ft? D La capacidad de gelificación, ta%bi3n se %ide en lbE@@ft?.
%nsa!os &u$micos: A"%a"inidad 3P(4 D 1er%ite %edir la conc. e #5, en el se produce una coloración de las %is%as debido al interca%bio catiónico. C"oruros D 43todo de titulación con Nitrato de 1lata, que per%ite deter%inar la conc. de cloruros disueltos en el quedando los sólidos en su interior y evaporando los líquidos, para luego ser condensados. D &on este %3todo se deter%ina el O de Sólidos, O de Agua y O de idrocarburos, presentes en el
