Hidráulica de perforación (página 2)

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Modelo de
Herschel–Bulkley

Resultado de la combinación de aspectos
teóricos y prácticos de los modelos
Plástico
de Bingham y Ley de Potencia. La
siguiente ecuación describe el comportamiento
de un fluido regido por este modelo:

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En este modelo los parámetros "??" y "??" se
definen igual que en Ley de Potencia. Como casos especiales se
tienen que el modelo se convierte en Plástico de Bingham
cuando ??=1 y en Ley de Potencia cuando ????=0.

Modelo de
Robertson–Stiff

Un modelo hibrido de los modelos Ley de Potencia y
Plástico de Bingham para representar lechadas de cemento y
lodos. La ecuación que lo caracteriza es:

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El parámetro ?? ?? es considerado como una
corrección a la tasa de corte, de modo que ?? +?? ??
representa la tasa de corte requerida por un fluido
seudo-plástico puro para producir el esfuerzo de cedencia
del modelo de Bingham. Los parámetros "??" y "??" se
definen igual que en Ley de Potencia. Los modelos ya mencionados
dependen de ciertos parámetros para ser calculados. Esto
dependerán de los valores
dados los valores de
corte y flujo.

Caídas de presión en
tuberías:

La caída de presión es uno de los factores
que frecuentemente se ignoran al calcular las dimensiones de los
sistemas. Los
datos sobre
caídas de presión para equipo son por lo general
proporcionados por el fabricante del equipo. Normalmente se
conoce la presión estática
en el sistema. En
algunos casos puede hacerse muy poco acerca de las
tuberías existentes, las cuales pueden ser de un
tamaño marginal o definitivamente demasiado
pequeñas. En este caso, otros procedimientos,
tales como instalar una unidad de mayor tamaño o aumentar
el diámetro de la tubería en secciones
críticas del sistema, pueden ser necesarios.

La manera en que puede calcularse una caída de
presión típica y el flujo requerido, podría
parecer un proceso
complicado. Sin embargo, solamente consiste de una serie de pasos
sencillos. Es importante conocer los requisitos
específicos del código
de tuberías que han sido adoptados, y puestos en vigor,
por la jurisdicción responsable de vigilar la seguridad e
integridad de construcciones y tuberías en el área
geográfica de instalaciones de equipo de
tratamiento.

Esquema de un yacimiento petrolífero. La instrumentación de la tubería
comprende transmisores de caudal (FT), transmisores de
presión (PT) y transmisores de temperatura
(TT).

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Diseño de la hidráulica de un
lodo

El Fluido de Perforación es un
fluido de características químicas y físicas
apropiadas, que puede ser aire o gas, agua, petróleo y combinaciones de agua y aceite con
diferente contenido de sólidos. No debe ser tóxico,
corrosivo ni inflamable, pero sí inerte a las
contaminaciones de sales solubles o minerales y
además, estable a altas temperaturas. Debe mantener sus
propiedades según las exigencias de las operaciones y
debe ser inmune al desarrollo de
bacterias. El
objetivo
principal que se desea lograr con un fluido de
perforación, es garantizar la seguridad y rapidez del
proceso de perforación, mediante su tratamiento a medida
que se profundizan las formaciones de altas presiones, la
circulación de dicho fluido se inicia al comenzar la
perforación y sólo debe interrumpirse al agregar
cada tubo, o durante el tiempo que
dure el viaje que se genere por el cambio de la
mecha.

Entre sus principales Funciones se
encuentran:

Transportar los Ripios de Perforación,
Derrumbes o Cortes desde el Fondo del Hoyo hasta la
Superficie: Los ripios de perforación deben ser
retirados del pozo a medida que son generados por la
rotación de la mecha; para lograrlo, el fluido de
perforación se hace circular dentro de la columna de
perforación y con la ayuda de la mecha se transportan
los recortes hasta la superficie, subiendo por el espacio
anular. La remoción eficaz y continua de los ripios,
depende del tamaño, forma y densidad de los recortes,
de la velocidad de penetración, rotación de la
columna de perforación y de la viscosidad, siendo el
parámetro más importante, la velocidad anular
del fluido de perforación, el cual depende del caudal
o régimen de bombeo y para esto, el fluido debe ser
bombeado a la presión y volumen adecuado, logrando que
el fondo del hoyo se mantenga limpio.
Controlar las Presiones de la
Formación: El fluido de perforación se
prepara con la finalidad de contrarrestar la presión
natural de los fluidos en las formaciones. Se debe alcanzar
un equilibrio justo, es decir, un equilibrio tal en el que la
presión ejercida por el fluido de perforación
(presión hidrostática) contra las paredes del
pozo sea suficiente para contrarrestar la presión que
ejercen los fluidos que se encuentran en las formaciones, el
petróleo y el gas; pero que no sea tan fuerte que
dañe el pozo. Si el peso del fluido de
perforación fuese muy grande, podría provocar
la fractura de la roca y el fluido de perforación se
perdería hacia la formación.
Limpiar, Enfriar y Lubricar la Mecha y la Sarta
de Perforación: A medida que la mecha y la sarta
de perforación se introducen en el hoyo, se produce
fricción y calor. Los fluidos de perforación
brindan lubricación y enfriamiento mediante la
capacidad calorífica y conductividad térmica
que estos poseen, para que el calor sea removido del fondo
del hoyo, transportado a la superficie y disipado a la
atmósfera, y así permitir que el proceso de
perforación continúe sin problemas y se pueda
prolongar la vida útil de la mecha. La
lubricación puede ser de especial importancia para los
pozos de alcances extendidos u horizontales, en los que la
fricción entre la tubería de
perforación, la mecha y la superficie de la roca debe
ser mínima.

Esta característica de los fluidos de
perforación puede aumentarse agregando emulsificantes o
aditivos especiales al fluido de perforación de
perforación que afecten la tensión
superficial.

Prevenir Derrumbes de Formación Soportando
las Paredes del Hoyo: La estabilidad del pozo depende del
equilibrio entre los factores mecánicos
(presión y esfuerzo) y los factores químicos.
La composición química y las propiedades del
fluido de perforación deben combinarse para
proporcionar la estabilidad del pozo hasta que se pueda
introducir y cementar la tubería de revestimiento.
Independientemente de la composición química
del fluido de perforación, el peso de debe estar
comprendido dentro del intervalo necesario para equilibrar
las fuerzas mecánicas que actúan sobre el pozo
(presión de la formación, esfuerzos del pozo
relacionados con la orientación y la
tectónica). La inestabilidad del pozo se identifica
por el derrumbe de la formación, causando la
reducción del hoyo, lo cual requiere generalmente el
ensanchamiento del pozo hasta la profundidad original.
Además, el fluido de perforación debe ofrecer
la máxima protección para no dañar las
formaciones productoras durante el proceso de
perforación.
Suministrar un Revoque Liso, Delgado e
Impermeable para Proteger la Productividad de la
Formación: Un revoque es un recubrimiento
impermeable que se forma en la pared del hoyo, debido al
proceso de filtración, la cual puede ocurrir bajo
condiciones tanto dinámicas como estáticas,
durante las operaciones de perforación. La
filtración bajo condiciones dinámicas ocurre
mientras el fluido de perforación está
circulando y bajo condiciones estática ocurre durante
las conexiones, los viajes o cuando el fluido no está
circulando.
Ayudar a Soportar, por Flotación, el Peso
de la Sarta de Perforación y del Revestimiento: La
inmersión de la tubería de perforación
en el fluido produce un efecto de flotación, lo cual
reduce su peso y hace que se ejerza menos presión en
el mecanismo de perforación; puesto que, con el
incremento de la profundidad de perforación el peso
que soporta el equipo se hace cada vez mayor, con lo cual el
peso de una sarta de perforación o de revestimiento
puede exceder las 200 toneladas y esto puede causar grandes
esfuerzos sobre los equipos de superficie.

El peso de la sarta de perforación y la
tubería de revestimiento en el fluido de
perforación, es igual a su peso en el aire multiplicado
por el factor de flotación. A medida que aumenta el peso
del fluido de perforación, disminuye el peso de la
tubería.

Transmitir la Potencia Hidráulica a la
Formación por Debajo de la Mecha: En
perforación de pozos, cuando se habla de
hidráulica se hace referencia a la relación
entre los efectos que pueden causar la viscosidad, la tasa de
flujo y la presión de circulación sobre el
comportamiento eficiente del fluido de
perforación.

Durante la circulación, el fluido de
perforación es expulsado a través de las boquillas
de la mecha a gran velocidad. La
energía hidráulica hace que la superficie por
debajo de la mecha esté libre de recortes para así
maximizar la velocidad de penetración; ya que, si estos no
son removidos la mecha sigue retriturando los viejos recortes, lo
que reduce la velocidad de penetración. Esta
energía también alimenta los motores de fondo
que hacen girar la mecha. Las propiedades reológicas
ejercen influencia considerable sobre la potencia
hidráulica aplicada y por lo tanto deben mantenerse en
valores adecuados.

Reología
de los diferentes tipos de fluidos de perforación en el
laboratorio

Los ensayos son
utilizados para determinar sus posibles alteraciones en el campo
provocados por diferentes tipos de contaminantes.

Fluidos de base agua

Características físicas: densidad,
filtrado y Reologia a 120 f

Características químicas:
alcalinidad del fluido (PM), alcalinidad de filtrado (Pf-Mf),
MBT, cloruros, dureza cálcica.

Fluidos Base Aceite

FISICOS: Densidad, Reología 150ºF,
Estabilidad Eléctrica, Filtrado HP-HT.

QUIMICOS: Alcalinidad (POM), Cloruros.

Ensayos físicos

DENSIDAD

Es la masa de la muestra por
unidad de volumen se
expresa en:

• gr/lt (gramos por litro)

• lb/gal- ppg (Libras por Galón) {8.345 ppg
= 1000 gr/lt}

• lb/ft³ (libras por pié
cúbico)

FILTRADO API

• Es la pérdida de volumen de Fase continua,
medida en c.c. Luego de 30´, a 100 psi.

FILTRADO HP- HT

• Es la pérdida de volumen de Fase continua,
medida en c.c. Luego de 30´, a 500 psi diferenciales y a
250ºF.

REOLOGIA

La Reología, nos permite determinar el
régimen de flujo del Fluido de perforación,
además de la Viscosidad
Plástica, Yield Point y Capacidad de
Gelificación.

• La V.P; se expresa en Cps.

• El Y. P, se expresa en lb/100ft2

• La capacidad de gelificación,
también se mide en lb/100ft2.

Ensayos
químicos

Alcalinidad (Pm)

• Permite medir la conc. De OH, en el Fluido,
también el exceso de Cal libre en el Fluido.

Alcalinidad del Filtrado (PfMf)

• Permite medir la conc. De OH, disueltos en el
Fluido, también la conc. de Carbonatos y
Bicarbonatos.

M.B.T (metilen Blue Test)

• Es la reacción de las Arcillas al Azul de
Metileno; se produce una coloración de las mismas debido
al intercambio catiónico.

Cloruros

• Método de
titulación con Nitrato de Plata, que permite determinar la
conc. de cloruros disueltos en el Fluido y también el % en
peso de Sal.

Dureza Cálcica

• Método de titulación con EDTA
(Acido Etilen Diamínico Tetra Acético), que permite
determinar la cons. De Ión Calcio, disuelto en el
fluido.

Determinación de Sólidos y
Líquidos

• Se realiza por medio de una "Retorta", donde la
muestra es calcinada dentro de la celda; quedando los
sólidos en su interior y evaporando los líquidos,
para luego ser condensados.

• Con este método se determina el % de
Sólidos, % de Agua y % de hidrocarburos,
presentes en el Fluido.