REPÚBLICA BOLIVARIANA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TEGNOLOGÍA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN COL-SEDE CIUDAD OJEDA P!"#$%!" A%$&'(!" D$)!%*! +! (' A"#%'*' : Ing. Leonardo Rondon. Msc
Parámetros para para la configuración del perfil perfil de presiones en el espacio espacio anular de un pozo durante la perforación
A*$. Bch/ Julio García
Ciudad Ojeda, agosto 20!
Introducción
Cuando se está perforando resulta esencial tomar en consideración las caídas de presión que afectan el cálculo de la densidad equivalente de circulación (DEC), la ventana del programa hidráulico del pozo, así como las presiones superficiales y de fondo en las operaciones de control de pozos En efecto, la caída total de presión en el anular está compuesta de tres partes! caída de presión entre hoyo a"ierto y drill Collar , caída de presión entre #oyo $"ierto y drill pipe, y caída de presión entre revestidor y drill pipe, por lo que se requieren controlar los parámetros de la caída de presión del sistema! espacio anular equipo superficial, interior de tu"erías, a trav%s de las to"eras de la "arrena
Parámetros para la configuración del perfil de presiones en el espacio anular de un pozo durante la perforación
Cuando se está perforando no solo se requiere mantener un estricto control de las propiedades del lodo para mantener el control de la densidad y por ende la esta"ilidad del pozo y de la formación& tam"i%n es importante toma en consideración las caídas de presión que afectan el calculo de la
densidad equivalente de
circulación (DEC), la ventana del programa hidráulico del pozo, así como las presiones superficiales y de fondo en las operaciones de control de pozos
En efecto, en un sistema de circulación de fluido de perforación las caídas o p%rdidas de presión, ', se manifiestan desde la descarga de la "om"a hasta la línea de flote En la práctica se tienen cuatro elementos en los cuales se consideran las p%rdidas de presión en el sistema, estos son!
Espacio anular
Equipo superficial
nterior de tu"erías
$ trav%s de las to"eras de la "arrena
Caída de Presión en el espacio anular ( ' E$)
ara ' E$ se consideran, entre otros, los siguientes espacios!
Espacio anular entre el agu*ero y los lastra "arrena, ' E$! ($+-.)
Espacio anular entre el agu*ero y la tu"ería de perforación, ' E$ ! ($+/)
Espacio anular entre la tu"ería de perforación y la tu"ería de revestimiento, ' E$! (/0/)
or lo tanto, la caída de presión por fricción en el espacio anular se o"tiene de la siguiente forma! Ec 122
$l o"tener las caídas de presión por fricción durante las operaciones de cementación y perforación, podemos determinar algunos parámetros como son! 3 -a densidad equivalente de circulación, DEC 3 El programa hidráulico del pozo 3 resiones superficiales y de fondo, en las operaciones de control de pozos
Caídas de presión por fricción
/odos los programas o simuladores de hidráulica empiezan calculando las caídas de presión en las diferentes partes del sistema circulatorio -as caídas de presión en!
3 -as cone4iones superficiales 3 Dentro y alrededor de la tu"ería 3 Dentro y alrededor de los lastra "arrenas 3 En la "arrena $ estas caídas de presión, e4cepto la caída de presión en la "arrena, se les conoce como presiones parasitas, 5ea un sistema de circulación de un pozo, figura 136 ara dicho sistema, considerar un gasto, 7, de un fluido de perforación dado y una potencia de la "om"a igual al producto del gasto, 7, y la presión de la "om"a, " -a caída de presión, ', por fricción del sistema se o"tiene de la siguiente forma, figura 138!
9igura 136
Sistema de circulación de un pozo.
' " : ' s ; ' / ; ' -. ; ' .na ; ' E$
Ec 12<=
$l ordenar la ecuación anterior de la siguiente manera, podemos o"servar las llamadas >presiones parasitas?, ' , estas se encuentran a la derecha de la caída de presión en la "arrena
' " : ' .na ; ( ' s ; ' / ; ' -. ; ' E$)
Ec 12<"
or lo tanto podemos transcri"ir la ecuación de la siguiente manera! " : ' .na ; ' C
Ec 12
9igura 138 Caídas de presión de un sistema
Donde! 3
5 ! resión superficial de "om"eo, @psiA
3
' 5 ! Caída de presión por fricción en las cone4iones superficiales, @psiA
3
' / ! Caída de presión por fricción en el interior de la tu"ería de perforación, @psiA
3
' -. ! Caída de presión por fricción en el interior de los lastra "arrena, @psiA
3
' .na ! Caídas de presión por fricción en el interior de la "arrena, @psiA
3
' E$ ! Caídas de presión por fricción en el espacio anular, @psiA
3
' ! Caídas de presión por fricción parasitas, @psiA
Caída de Presión en el espacio anular
ara ' E$ se consideran, entre otros, los siguientes espacios! 3 Espacio anular entre el agu*ero y los lastra "arrena, ' E$($+-.) 3 Espacio anular entre el agu*ero y la tu"ería de perforación, ' E$($+/) 3 Espacio anular entre la tu"ería de perforación y la tu"ería de revestimiento, ' E$(/0/) or lo tanto, la caída de presión por fricción en el espacio anular se o"tiene de la siguiente forma!
Ec 122
$l o"tener las caídas de presión por fricción durante las operaciones de cementación y perforación, podemos determinar algunos parámetros como son!
-a densidad equivalente de circulación, DEC
El programa hidráulico del pozo
resiones superficiales y de fondo, en las operaciones de control de pozos
Durante las operaciones de "om"eo se pueden o"tener dos regímenes de flu*o!
9lu*o laminar
9lu*o tur"ulento
El r%gimen de flu*o lo o"tendremos a partir del nBmero de 0eynolds $ altas velocidades de corte, las caídas de presión dependen de tres principales factores!
+eometría
elocidad
Densidad
Caída de presión por fricción en las conexiones superficiales
-as cone4iones superficiales consideradas en el análisis de las caídas de presión
son la tu"ería de pie (5tand ipe), la manguera (#ose), el cuello de ganso, el tu"o lavador de la unión giratoria (5ivel), y la flecha +eneralmente estas caídas de presión por fricción se determinan considerando una constate, E, que representa una longitud y diámetro equivalente de la tu"ería de perforación Esta constante se determina de acuerdo con cualquiera de las com"inaciones del equipo superficial En la ta"la 136, se muestran cuatro com"inaciones de equipo superficial y cada uno de ellos con su respectiva constante Despu%s de ha"er seleccionado el valor de la constante, E, segBn el caso de cone4iones superficiales del equipo -a Caída de resión por 9ricción en la superficie se determinara a partir de la siguiente ecuación!
Donde!
3
' 5 ! Caída de presión por fricción en el equipo superficial, @psiA
3
E! Constante superficial, @$dimensionalA
3
f ! Densidad del fluido de perforación, @gr F cm 1 A
3
7! +asto de operación, @gpmA
3
G ! iscosidad plástica, @cA
Caía de presión por fricción en el interior de las tuberías
Pérdidas de Presión A traés del !spacio Anular
-a caída de la presión en el espacio $nular del pozo es un parámetro importante de los cálculos de #idráulica de perforación, por lo que en este artículo traducido desde Drilling9ormulascom ha"laremos so"re este tópico
-as siguientes ecuaciones se usan para calcular la p%rdida de presión en el
Espacio $nular!
$sumiendo que! 3
iscosidad /ur"ulenta : 1 cp
3
9actor de 9ricción : <<81 "asados en superficies rugosas
Donde! : %rdida de resión, -ppc - : -ongitud de /u"ería, pies H : Densidad del lodo, lpg f : 9actor de Corrección de la iscosidad : iscosidad lástica, centipoises 7 : /asa de 9lu*o ó +alona*e, gpm Dh : Diámetro del #oyo, pulgadas Do : Diámetro E4terno del Drill ipe (/u"ería de erforación) o Drill Collar (.arras), pulgadas C : Coeficiente +eneral para $nular entre Drill ipe y Drill Collar . : arámetro que toma en cuenta la diferencia entre los valores de 72IJ y 7K 5e puede seleccionar el valor de >.? de la siguiente /a"la!
!"ercicio#
Determinar la %rdida de resión en la /u"ería de erforación "asados en la siguiente información! 3
L$$/$ M38FI? N K8<
3
D del revestidor M38FI? : II18?
3
rofundidad del ozo : 88<
3
-ongitud del Drill ipe : 8<<< pies
3
D de drill pipe : 116 pulgadas
3
QD del drill pipe : 8 pulgadas
3
-ongitud del Drill collar : 8<< pies
3
D del drill collar : KI pulgadas
3
QD del drill collar : 8 pulgadas
3
Densidad del lodo : M8 -pg
3
iscosidad lástica : 2K centipoise
3
/asa de 9lu*o : J<< gpm
3
Diametro del hoyo : I32FKR
-a caída total de presión en el anular está compuesta de tres partes, las cuales son! 2) Caída de presión entre #oyo $"ierto y Drill Collar K) Caída de presión entre #oyo $"ierto y drill pipe 1) Caída de presión entre 0evestidor y drill pipe
$ise%o de la Perforación de Pozos
arámetros hidráulicos Con el fin de lograr la mayor optimización hidráulica se tienen las siguientes alternativas! •
mpacto hidráulico!
•
Ca"allos de fuerza hidráulica (##)
•
##Fpg K en la "arrena
•
elocidad del fluido de perforación en las to"eras
•
elocidad anular óptima entre / y agu*ero
Sna consideración importante son las propiedades del fluido de perforación en un cálculo hidráulico 5i se tienen altas densidades o viscosidades, los efectos so"re las p%rdidas de presión por fricción son altas
Impacto &idráulico# •
s : <82 T m
•
" : <6M T m
•
m : %rdida de presión por fricción total en el sistema de circulación (presión de "om"eo)
•
s : %rdida de presión por fricción por el interior y fuera de la sarta de perforación
•
" : %rdida de presión por fricción en la "arrena Esta"lece que el 82U de la presión limitada en la superficie de"e ser para s y
el restante 6MU de la presión disponi"le se aplica a la "arrena
Caballos de fuerza &idráulicos •
s : <18 T m
•
" : <J8 T m
En este caso, la presión m es 18 U para s y el J8U restante para la "arrena El presente parámetro es aplica"le cuando la caída de presión por fricción por dentro y fuera de la sarta es "a*a, por e*emplo al inicio de la perforación
'elocidad del fluido de perforación en las toberas
-a velocidad del fluido en las to"eras recomenda"le es de K<< a 1<< piesFseg # #idráulico por pg K en la "arrena (##Fpg K )
'elocidad anular
Elegir condiciones de flu*o y presiones "a*as en el espacio anular, de preferencia flu*o laminar Este causa menos lavado y erosión de la pared del pozo, menores p%rdida de fluido y me*or transporte de los recortes que el flu*o tur"ulento
uía para la optimación &idráulica
7ue la caída de presión a trav%s de la "arrena sea de 8< a J8U de la presión de "om"eo
5e recomienda que el índice de limpieza sea entre K8 a 8 #Fpg K de área del agu*ero Como regla de dedo, se recomienda el ca"alla*e utilizado a altas velocidades de
penetración sea limitado por la raíz cuadrada de la velocidad de penetración en piesFhr (e*emplo! 6 # para 2J piesFhr o 8 # para K8 piesFhr) Con ca"alla*e arri"a de 8 #Fpg K de área del fondo, puede causar falla o fractura rápida de la "arrena
Stilizar velocidad de flu*o de 1< a 8< gpmFpg de diámetro de la "arrena El gasto de"e ser suficiente para limpiar la "arrena /am"i%n, una alta velocidad de flu*o puede daVar la "arrena y erosionar la pared del agu*ero -os valores mencionados, son apro4imados y empíricos, pero en la práctica dan "uenos resultados $ltas velocidades pueden daVar la "arrena, causar erosión y altas presiones en el espacio anular
-a perforación más efectiva ocurre cuando la optimización se encuentra entre el má4imo #p y má4imo impacto El impacto es ma4imizado cuando alrededor del 8
utilizada a trav%s de las to"eras de la "arrena
5in em"argo, la alta velocidad de penetración por el uso de dos chorros con "arrenas grandes, causa un desequili"rio del flu*o y los recortes interfieren con la acción de corte de un cono Esto acorta la vida de la "arrena Esta práctica sólo se recomienda en "arrenas con diámetros menores a M 2FKR con velocidades de penetración menores a 28 mFhr, tomando en cuenta el tipo de formación, de "arrena y no se requiera el uso de o"turante
0ecomendaciones para el diseVo hidráulico 5eleccionar la presión de tra"a*o o de "om"eo de acuerdo a sus limitaciones en la superficie o considerando el criterio hidráulico que se desea aplicar, por e*emplo! a) 5i su p%rdida de presión por fricción en la sarta de perforación y por fuera de ella es de I8 WgFcm K , entonces se puede aplicar a la "arrena una presión de IK WgFcm K , para estar dentro del impacto hidráulico y tener una presión de "om"eo de 2JX WgF cm K ") 5i la caída de presión es de 21< WgFcm K y por limitaciones en la superficie, se puede tener una presión de "om"eo de K2< WgFcm K se proporcionará la diferencia a la "arrena de I< WgFcm K para "uscar otros párametros hidráulicos En caso de que se pase de las má4imas em"Fmin de la "om"a para o"tener un gasto alto, es necesario tra"a*ar las "om"as en paralelo $l inicio de la perforación las caídas de presión por fricción son "a*as 5i se desea, se puede tra"a*ar con el # hidráulico
El cálculo de la caída de presión por fricción es considerada hasta donde se requiere terminar de perforar con el programa hidráulico propuesto, puede ser cada 8<< o X<< m
Conclusiones
-as presiones de tra"a*o en la perforación de un pozo no se puede estudiar solo como un pro"lema de densidad equivalente de circulación (DEC) para o"tener un "alance entre las fuerzas (psi)! columna de lodo y presión de formación y por ende controlar el pozo& en consecuencia, tam"i%n de"e tomar en consideración los parámetros de las caídas de presión entre la superficie y el fondo del pozo, tales como! caída de presión entre hoyo a"ierto y drill collar , caída de presión entre hoyo a"ierto y drill pipe, y caída de presión entre revestidor y drill pipe& de esta forma esteremos integrando el diseVo hidráulico del pozo a la totalidad del sistema como control del pozo
)ibliografía
&ttp#**perfob.blogspot.com*+,-+*,-*perdidasdepresiontraesdel espacio.&tml
htt":##docu$ents.ti"s#docu$ents#hidrauli%&caida&de&"resion.ht$l htt":##'''."tolo$eo.una$.$(:)0)0#js"ui#*itstrea$#+2.2).-2.00#0+#!#!."d/
