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UNIVERSIDAD POLITECNICA DEL GOLFO DE MEXICO MATERIA: INTRODUCCION ALAPERFORACION FACILITADOR: ING: ARNULFO DOMINGO ORTEGA EQUIPO: VI INTEGRANTES: CARLOS ANTONIO GONZALEZ TOSCA ARTURO RAMIREZ ANGELES JULIO JHONATAN PEREZ VENTURA ROBERTO MIRANDA DE LA ROSA TEMA: DISEÑO DE HIDRAULICA EN POZOS PETROLEROS.

INDICE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26.

Presentacion Indice Introduccion Imagen de bombas Regimen de Flujo El Piston La Camisa El Vastago del Piston Digrama de Flujo del fluido de perforacion Programa hidraulico Peso de lodo Caida de presion HP Hidraulico Caida de presion en la barrena Fuerza de impacto Factores que afectan la hidraulica El corazon de la hidraulica Metodos para calcular la gidraulica Impacto hidraulico Criterio de impacto hidraulico Gasto en Bombas Calculos de la hidraulica Tiempo de atrazo Gasto en la barrena Sistema whidraulico Problemas en los sistemas de circulacion

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INTRODUCCION La hidráulica se define como el componente principal del sistema circulatorio, el cual nos sirve para una optimización de los sistemas de perforación, logrando una mejor limpieza del agujero, así como su capacidad de acarreo de recortes ala superficie, y evitando posibles pegaduras de la tubería de perforación, como un gran numero de beneficios para el control adecuado del pozo.

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BOMBAS DE LODO

DESCRIPCION DE BOMBAS DE LODO DUPLEX Y TRIPLEX La bomba esta seccionada en dos partes: mecánica e hidráulica

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REGIMEN DE FLUJO. GASTO ( Q ). El máximo Régimen de Bombeo depende directamente de LA POTENCIA DE LAS BOMBAS, las más comunes son las bombas Dúplex o de dos Pistones y las Bombas de Lodos TRIPLEX o de tres Pistones que se desplazan sobre Forros o Camisas reemplazables para un tamaño especifico de Camisa. El volumen de Fluido que se Bombea en cada embolada de los pistones es conocido o sea que permite calcular el Régimen de Flujo por Minuto según sea el régimen de operación de la bomba, Para cualquier situación específica según sean:  LA PROFUNDIDAD DEL POZO.  SU DIÁMETRO.  EL TAMAÑO DE LA BARRENA.  LAS CARACTERISTICAS DE LA FORMACION  LAS PROPIEDADES DEL LODO

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PISTÓN Elastómero cilíndrico con refuerzo de acero que tiene un orificio al centro en el cual se asienta el vástago, trabaja dentro de la camisa ajustado al diámetro interior de ella, realizando con movimientos reciprocarte la acción de succión descarga.

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CAMISAS Cilindros cortos de paredes gruesas pesadas y con un hueco al centro, que permiten alojar los vástagos y pistones para el bombeo, las fabrican de diferentes diámetros lo cual va en función de la presión y gasto que se quiere alcanzar.

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VÁSTAGO PARA PISTONES Tramo cilíndrico corto de acero macizo con acabados de alto cromo con cuerdas maquinadas en sus dos extremos, en uno de ellos se aloja un pisto y en el otro se conecta el contra vástago.

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DIAGRAMA DE FLUJO DEL FLUIDO DE PERFORACION

Múltiple de descarga Múltiple de succión Válvula manual para alivio de presión

Amortiguador

Al tanque de lodo

Manómetro Bomba centrífuga de descarga

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PROGRAMA HIDRAULICO. El Programa Hidráulico contribuye a Optimizar el SISTEMA CIRCULATORIO del lodo para lograr debidamente la Limpieza y el Enfriamiento de la Barrena. Los parámetros principales para lograr ésta optimización son: EL REGIMEN DE FLUJO.  EL ÁREA TOTAL DE FLUJO DE LA BARRENA (TFA). LA DENSIDAD DEL LODO.

 LA VISCOSIDAD PLÁSTICA ( VP) EL PUNTO CEDENTE DEL LODO (YP)

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PESO DEL LODO El peso del lodo puede variar durante la Perforación , muy importante es controlar las Presiones de la Formación para evitar el DESCONTROL DE LOS POZOS el Peso del Lodo (Densidad) afecta el desempeño de las Barrenas por el efecto que ejerce sobre la Caída de Presión , el caballaje de Fuerza Hidráulica por pulgada cuadrada ( HSI ) a través de la cara de la Bna. y la tendencia a impedir la efectiva remoción de los recortes de la formación.

ÁREA TOTAL DE FLUJO ( TFA ) En las barrenas el área total de flujo (TFA) del inglés TOTAL FLOW ÁREA es la suma de las secciones transversales de las Boquillas y de los Orificios de descarga .Mientras más grandes sean las boquillas y las lumbreras de la barrena más grande es el (TFA) .

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CAlDA DE PRESION La caída de presión a través de una barrena es la diferencia de presión del lodo entre el punto de salida de las boquillas y la de la Sarta de Perforación en el punto situado inmediatamente arriba de su entrada en la barrena .

Si para un régimen de flujo dado y propiedades específicas del lodo la Caída de Presión es extremadamente Alta el flujo que descargan las boquillas tiene una velocidad correspondiente ALTA, bajo las misma condiciones del flujo y del lodo .

Si la Caída de Presión es más baja las boquillas descargan el fluido a menos velocidad . La Caída de Presión depende pues del Régimen de Flujo, del Peso del Lodo, y del Área total de Flujo (TFA) de la Barrena.

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CABALLAJE HIDRAULICO POR PULG2 (HSI)

El factor HSI del Inglés HORSE POWER SQUARE INCH. HIDRAULIC Proporciona una medida de la fuerza hidráulica que consume la mecha o barrena en función del RÉGIMEN DE FLUJO Y DE SU CAlDA DE PRESION, Y DEL DIAMETRO DEL POZO.

Por eso el ( HSI ) aumenta a medida que sube El Régimen de Flujo y a la larga es necesario aumentar el (TFA) para mantener la Caída de Presión adecuada, con la consiguiente disminución del (HSI) éste llega al máximo cuando la Caída de Presión a través de la Barrena equivale al 64.5 % de la Presión Manométrica registrada en el tubo vertical (STAND PIPE ) el cual registra la presión del Lodo al entrar en la SARTA DE PERFORACION

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CAIDA DE PRESION EN LA BARRENA Hidráulicas diseñadas para un 50% a 65% de caída de presión.

Velocidad del agujero (Ft/sec = Pies / segundo) es la velocidad del fluido saliendo de los agujeros de la Bna. 35% A 50% De la Presión de la Bomba se pierde a través de la Sarta de Perforación y el espacio anular. Se requieren de cálculos hidráulicos para determinar esta pérdida.

Si el total de la pérdida de presión de la sarta de perforación y del espacio anular es más del 50% de la presión de la bomba disponible, se requiere optimizar la velocidad de los Jets. Sin embargo no se debe operar por debajo de 30 GAL/ PG de diámetro de la barrena.

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FUERZA DE IMPACTO Es el producto de velocidad de fluido de la tobera y el peso del fluido.

Impacto es la fuerza que ejerce el fluido de perforación contra la formación para asistir en la limpieza del fondo del agujero.

La velocidad en la tobera tendrá influencia en el sostenimiento o suspensión de los recortes y el gasto de Penetración.

No operar con la velocidad en las toberas por debajo de 250 Ft/sec.

Para agujeros de 91/2” y más pequeños y perforación lenta considerar correr 2 toberas en vez de 3 , para mejorar la limpieza por debajo de la barrena, y el gasto de penetración .

2 Toberas grandes tienen menos posibilidad de taponarse que 3 toberas pequeñas (Considerar la 15 misma área de flujo (TFA).

FACTORES QUE AFECTAN LA HIDRAULICA

EQUIPO

POZO

PRESION DE LA BOMBA Y VOLUMEN DE SALIDA.

PROFUNDIDAD / TAMAÑO DEL AGUJERO Y TIPO DE LODO

DIÁMETRO INTERNO Y LONG. DE LA SARTA DE PERF.

PESO DEL LODO / REOLOGÍA

RESTRICCIONES DEL AGUJERO DE FONDO . TIPOS DE BNAS. Y TOBERAS

CAÍDA DE PRESIÓN POR FRICCIÓN EN EL ESP. ANULAR POTENCIALES PROBLEMAS DEL AGUJERO.

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HIDRÁULICA LA BOMBA DE LODOS ES EL CORAZON DEL SISTEMA HIDRAULICO.

3 4 Circuito del sistema circulatorio 1 5 2

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BOMB A DE LODO S

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6 7

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

Dentro del tubo vertical Dentro de la manguera A través de la unión giratoria A través del Kelly Dentro de la sarta Dentro de los lastra barrenas Toberas de la barrena Exterior de los lastra barrenas Exterior de la sarta de trabajo Exterior de los drill-collar Exterior de la sarta Línea de flote Presa de asentamiento

HAY 2 MÉTODOS DE DISEÑAR LA HIDRÁULICA QUE SON:

1.- Fuerza de impacto hidráulico.

2.- Caballaje Hidráulico en la barrena. FUERZA DE IMPACTO HIDRÁULICO.- La fuerza del impacto hidráulico se define como el momento del producto de la densidad del fluido a través de la barrena el gasto y la velocidad del fluido en las toberas. Representado en forma matemática de la siguiente manera: DL x Q x = I.H = Vt 60 x . g

DL x Q x Vt 193 0

DONDE: IH = Fuerza de impacto hidráulico, en lbs D.L. = Densidad del fluido de perforación, lbs. / gal. Q = Gasto de bomba en gal / min. Vt = Velocidad del fluido en las toberas, en pies /seg. g = Constante de la aceleración de la gravedad = 32.17 pies / seg2. 60 = Constante de conversión de min. A seg.

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La fuerza de impacto hidráulico en la ecuación depende del peso del lodo, entre más alto, mayor el impacto. Sin embargo, el peso del fluido no se cambia con ese propósito. Por esa razón se considera una constante para cualquier sistema. Para obtener éste , se requieren las siguientes condiciones.

Ps = 0.51 x Pm

Pb = 0.49 x Pm

DONDE: Ps = Caída de presión por fricción en el sistema Pm = Presión manométrica o de bombeo Pb = Caída de presión en la barrena

Lo anterior establece que para una presión limitada en la superficie la pérdida de presión en el sistema de circulación deberá ser el 51% de la presión de bombeo y el 49% restante de la presión disponible se aplique a la barrena para el impacto óptimo 19

•El criterio de “H.P. Hidráulico” menciona que el 65% de la presión de bombeo deberá de estar en la barrena por lo tanto el 35% serán las caídas de presión calculadas en el sistema.

•El criterio de “Impacto hidráulico” menciona que el 49% de la presión de bombeo deberá de estar en la barrena por lo tanto el 51% será las caídas de presión calculadas en el sistema.

20 NOTA: Al calcular la presión de bombeo con los dos criterios se tomará el que no rebase la presión máxima en el equipo superficial.

GASTO DE BOMBAS DE LODO TRIPLEX DE ACCIÓN SIMPLE CONSIDERANDO UN 90% DE EFICIENCIA VOLUMETRICA

Q= 0.0102 (D² x L ) Ef % Donde: Q= Gasto en galones por embolada (gpe) D = Diametro de la camisa en pulgadas (pg) L = Longitud o carrera de la camisa en (pg) Ef = Eficiencia volumétrica % 0.0102 = Constante

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HIDRAULICA : DIAM. CAMISA = 8”

CARRERA DEL PISTON = 14”

Q= 0.0386 x D² x L x Ef % Q= 0.0386 (8² x 14 ) Q= 0.0386 (64 x 14 ) Q= 0.0386 (896 ) Q= 34.59 litros/embolada al 100% Q= 34.59 x 0.90 = 31.13 litros/embolada al 90%

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Tiempo de atraso es el tiempo en circular el fluido del espacio anular desde la barrena a la superficie. FORMULA Volumen del espacio anular (lts)

Ta = Gasto de la bomba en (lt/min.)

Ejemplo: Volumen del espacio anular = 172,640 lts Volumen del interior de tp = 36,817 lts Volumen total del pozo = 209,457 lts Gasto de la bomba = 2,649 (lt/min.)

Ta =

172,640 (lts) 2,649 (lt/min.)

= 65 min.

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Tiempo de atraso es el tiempo en circular el fluido del espacio anular desde la barrena a la superficie.

Ta =

volumen del espacio anular (lts) Gasto de la bomba en (lt/min.)

Ejemplo: Volumen del espacio anular = 172,640 lts Volumen del interior de tp = 36,817 lts Volumen total del pozo = 209,457 lts Gasto de la bomba = 2,649 (lt/min.)

172,640 (lts) TA =

= 65 min. 2,649 (lt/min.) 24

GASTO EN LA BARRENA

El gasto en la barrena se determina en forma empírica mediante un rango que fluctúa en un mínimo un optimo y un máximo el cual será seleccionado de acuerdo a la velocidad de penetración.

Para las barrenas tricónicas, el parámetro de gasto será: MINIMO: 30 Galones / min. Por diámetro de la barrena en pg. OPTIMO: 40 Galones / min. Por diámetro de la barrena en pg. MAXIMO: 50 Galones / min. Por diámetro de barrena en pg.

Para las barrenas de cortadores fijos será de 40 a 60 gal / min.

NOTA: El gasto podrá ser seleccionado de acuerdo a la tabla No.1 La cual determina el gasto de acuerdo a la velocidad de penetración. 25

DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACION En todo pozo petrolero, cualquiera que sea su profundidad, si el fluido no está circulando, se ejerce una presión hidrostática que estará en función de la profundidad y la densidad del fluido de perforación. Al iniciarse la circulación se presentan dos presiones 1.- La presión hidrostática:

2.- La necesaria para hacer circular el fluido por el espacio anular hacia la superficie. La suma de estas dos presiones representa el valor de la presión de circulación en el fondo:

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SISTEMA HIDRAULICO

SISTEMA ES UN CONJUNTO DE ELEMENTOS QUE OPERAN ENTRE SÍ CON UN FIN DETERMINADO. SISTEMA HIDRÁULICO ES UN CONJUNTO DE ELEMENTOS QUE OPERAN ENTRE SÍ CON EL FIN DE PROPORCIONAR MAXIMA LIMPIEZA Y CABALLAJE HIDRAULICO EN LA BARRENA COMO FACTOR IMPORTANTE PARA LOGRAR UNA MAYOR VELOCIDAD DE PENETRACIÓN EN UN POZO PETROLERO.

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PROBLEMAS EN LOS SISTEMAS DE CIRCULACION

Análisis de problemas más frecuentes en los sistemas circulatorios: Succión enzolvada Precipitación de materiales Quím..y sólidos. Pistones dañados. Camisas ralladas. Asientos fisurados. Elementos de válvulas dañadas. Empaques de camisa y tapas dañados.

Junta lavada por presión ( por falta de apriete adecuado) SARTA Tubo rajado (dañado por mal uso de las cuñas) DE Toberas lavadas PERFORACION Toberas desprendidas. Toberas Tapadas. 28