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TERCERA UNIDAD

FLUJO DEL LODO

El fluido de perforación es un líquido o gas que circula a través de la sarta de perforación hasta a la barrena y regresa a la superficie por el espacio anular. Hasta la fecha un pozo de gas o aceite no se puede perforar sin este concepto básico de fluido circulante. Un ciclo es el tiempo que se requiere para que la bomba mueva el fluido de perforación hacia abajo al agujero y de regreso a la superficie. El fluido de perforación es una parte clave del proceso de perforación, y el éxito de un programa de perforación depende de su diseño.

Un fluido de perforación para un área particular se debe diseñar para cumplir con los requerimientos específicos.

PRACTICO 2

GRUPO 1: miercoles 25 abril  EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE CONTROL DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION

GRUPO 2 lunes 23 abril  Equipos de control solidos

de

GRUPO 3 lunes 23 abril  Fluidos de terminación, tipos y caracteristicas GRUPO 4 miércoles 25 abril  Diseño de programas de fluidos de Perforación

EXAMEN LUNES 30 ABRIL 2018

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FLUJO DEL LODO

En general los fluidos de perforación tendrán muchas propiedades que son benéficas para la operación, pero también algunas otras que no son deseables. Siempre hay un compromiso.

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FLUJO DEL LODO

SISTEMA DE CIRCULACION DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION.El fluido de perforación que retorna a superficie del pozo contiene generalmente: recortes, sólidos de la formación, otras partículas y algunas veces hidrocarburos, etc.

Todos estos contaminantes deben ser removidos del lodo antes de ser recirculado. También deben añadirse al lodo aditivos químicos y arcillas para mantener las propiedades requeridas. El equipo necesario para todas estas funciones se presenta, se listan y describen a continuación.

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EQUIPO DE ACONDICIONAMIENTO DE LODO (CIRCUITO DEL LODO)

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CLASIFICACIÓN DE LOS TAMAÑOS DE LAS PARTÍCULAS:

El tamaño de las partículas puede clasificarse en las siguientes categorías, en conformidad con su tamaño. La Figura siguiente relacionan los tamaños de las partículas con términos familiares, ejemplos típicos, y con los equipos de control de sólidos que eliminarán partículas que tienen un tamaño determinado.

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CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS DE ACUERDO A SU TAMAÑO

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CLASIFICACIÓN DE LOS TAMAÑOS DE LAS PARTÍCULAS:

De acuerdo al tamaño de los sólidos se disponen de equipos de separación de estos sólidos, lo que viene a constituir la unidad de control de sólidos. Unidad que está conformada normalmente por los siguientes equipos: 1. Zaranda 2. Hidrociclones y 3. Centrifugas rotativas

TERCERA UNIDAD CONTROL DE SOLIDOS: ZARANDA (SHALE SHAKER).-

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CONTROL DE SOLIDOS: Las zarandas son los dispositivos de control de sólidos más importantes, consistentes en mallas vibratorias separadoras, usadas para eliminar los recortes del lodo.

Las zarandas pueden ser descritas usando los siguientes términos: Malla: esta se refiere al número de aberturas por pulgada lineal. Por ejemplo, una malla “cuadrada” de malla 30 x 30 tiene 30 aberturas a lo largo de una línea de 1 pulgada en ambas direcciones. Una malla “oblonga” (abertura rectangular) de malla 70 x 30 tendrá 70 aberturas a lo largo de una línea de 1 pulgada en una dirección, y 30 aberturas en una línea perpendicular de 1 pulgada.

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CONTROL DE SOLIDOS: Eficiencia de separación o punto de corte: Un punto de corte D50 de 40 micrones significa que 50% de las partículas de 40 micrones han sido eliminadas y que 50% permanecen en el sistema de lodo.

Área abierta: es el área no ocupada por los alambres. Una malla 80 con un área abierta de 46% manejará un volumen de lodo más grande que una malla 80 que tiene un área abierta de 33%. Fuerza “g”: esta es una aceleración igual a la fuerza de gravedad y se define según la siguiente ecuación:

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CONTROL DE SOLIDOS: Tanque de asentamiento o Trampa de Arena

Es el primer tanque que recibe el lodo, luego que este abandona la zaranda. El fondo de este tipo de tanques tienen generalmente una pendiente para ayudar a la precipitación de los sólidos; sólidos que son descartados periódicamente a través de las válvulas de descarga. Cabe señalar que los tanques de asentamiento casi nunca son usados en operaciones modernas de perforación, sin embargo pueden ser utilizados de vez en cuando.

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CONTROL DE SOLIDOS:

DESARENADOR (DESANDER) Tanto el desarenador como el desilter separan sólidos en un hidrociclón, en cual se hace rotar al fluido para separar el contenido de sólidos por fuerza centrífuga.

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CONTROL DE SOLIDOS:

DESARENADOR (DESANDER) Se necesita usar un desarenador para impedir la sobrecarga de los deslimadores. En general se usa un hidrociclón de 6 pulgadas de diámetro interior (DI) o más grande, con una unidad compuesta de dos hidrociclones de 12 pulgadas, cada uno de los cuales suele tener una capacidad de 500 gpm. Los grandes hidrociclones desarenadores tienen la ventaja de ofrecer una alta capacidad volumétrica (caudal) por hidrociclón, pero tienen el inconveniente de realizar grandes cortes de tamaño de partícula comprendidos en el rango de 45 a 74 micrones. Para obtener resultados eficaces, un desarenador debe ser instalado con la presión de “cabeza” apropiada.

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CONTROL DE SOLIDOS:

DESARENADOR (DESANDER)

DESANDER VERTICAL

DESANDER INCLINADO

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CONTROL DE SOLIDOS:

Deslimador (Desilter) Para lograr la máxima eficiencia y evitar la sobrecarga del deslimador, todo el flujo debería ser desarenado antes de ser deslimizado. En general se usa un hidrociclón de 4 pulgadas de DI para deslimizar, con una unidad que contiene 12 o más hidrociclones de 4 pulgadas, cada uno de los cuales suele tener una capacidad de 75 gpm. La capacidad volumétrica apropiada para los deslimadores y los desarenadores debería ser igual a 125 - 150% de la velocidad de circulación. Los pozos de gran diámetro requieren un mayor número de hidrociclones. Un hidrociclón de 4 pulgadas bien diseñado y operado correctamente tendrá un punto de corte D90 de aproximadamente 40 micrones.

TERCERA UNIDAD CONTROL DE SOLIDOS:

Deslimador (Desilter) Como la barita cae dentro del mismo rango de tamaños que el limo, también será separada del sistema de lodo por un deslimador, recuperándose los agentes densificantes. Por este motivo, los deslimadores se usan muy poco en los lodos densificados de más de 12,5 lb/gal. Los deslimadores y desarenadores son usados principalmente durante la perforación del pozo de superficie y cuando se usan lodos no densificados de baja densidad.

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CONTROL DE SOLIDOS:

Limpiadores de Lodo (Mud Cleaner) Un limpiador de lodo es básicamente un deslimador montado sobre una zaranda de malla vibratoria, generalmente 12 o más hidrociclones de 4 pulgadas sobre una zaranda de alta energía con malla de entramado muy fino (ver Figura 7). Un limpiador de lodo separa los sólidos perforados de tamaño de arena del lodo, pero retiene la barita. Primero, el limpiador de lodo procesa el lodo a través del deslimador y luego separa la descarga a través de una zaranda de malla fina. El lodo y los sólidos que pasan a través de la malla (tamaño de corte variable según el entramado de la malla)son guardados y los sólidos más grandes retenidos por la malla son desechados.

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CONTROL DE SOLIDOS:

Limpiadores de Lodo (Mud Cleaner) De acuerdo con las especificaciones de API, 97% de las partículas de Barita tienen un tamaño inferior a 74 micrones; por lo tanto, la mayor parte de la barita será descargada por los hidrociclones y pasará a través de la malla para ser devuelta al sistema. En realidad, un limpiador de lodo desarena un lodo densificado y sirve de respaldo para las zarandas. Las mallas de los limpiadores de lodo pueden variar en tamaño de malla 120 a 325. Para que un limpiador de lodo constituya un dispositivo eficaz de control de sólidos, el tamaño de la malla debe ser más fino que el tamaño delas mallas de las zarandas.

TERCERA UNIDAD CONTROL DE SOLIDOS:

Limpiadores de Lodo (Mud Cleaner)

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CONTROL DE SOLIDOS:

Centrifuga Como con los hidrociclones, las centrífugas de tipo decantador aumentan las fuerzas que causan la separación de los sólidos al aumentar la fuerza centrífuga. Son capaces de separar sólidos del orden de los 10 micrones de tamaño.

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FLUJO DEL LODO

CONTROL DE SOLIDOS:

Centrifuga La centrífuga decantadora se compone de un tazón cónico (Bowl) de acero horizontal que gira a una gran velocidad, con un tornillo transportador helicoidal en su interior. Este tornillo transportador gira en la misma dirección que el tazón exterior, pero a una velocidad ligeramente más lenta. La alta velocidad rotacional fuerza los sólidos contra la pared interior del tazón y el tornillo transportador los empuja hacia el extremo, donde son descargados. La centrifuga suele usarse para la recuperación de Barita y en fluidos de perforación no densificados la centrifuga es normalmente usada para la recuperación del liquido.

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CONTROL DE SOLIDOS:

Desgasificador La recirculación del gas entrampado en el lodo podría resultar peligrosa y causaría un decremento en la eficiencia de bombeo, lo que provocaría una disminución en la presión hidrostática y por lo tanto, menor capacidad de contener la presión de formación. El gas entrampado podría no ser eliminado del todo luego que el lodo ha pasado la zaranda y los hidrociclones. En este caso se tendría la necesidad de pasar el lodo a través de un desgasificador. Dos desgasificadores son generalmente empleados: • Separadores Gas-Lodo • Desgasificadores al vacío

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CONTROL DE SOLIDOS:

Desgasificador Un separador Gas-Lodo es preferible para un manejo seguro de altas presiones de gasy flujos de lodo cuando se tiene una surgencia. Los desgasificadores al vacío son masapropiados para la separación de gas entrampado, el cual aparece como espuma en lasuperficie del lodo.

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CONTROL DE SOLIDOS:

Mezclador (Hopper) El mezclador de mayor uso común es el “jet hopper” (figura 10). Originalmente este fue desarrollado para el mezclado de cemento y agua para la cementación de pozos. Ahora este es usado para la adición de material al lodo de perforación y así lograr las propiedades físicas y químicas deseadas para el lodo. En operación, una bomba mezcladora o centrifuga circula el lodo de los tanques a través de la tolva a chorro (jet hopper) y de vuelta al tanque de lodo.

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CONTROL DE SOLIDOS:

Mezclador (Hopper) Cabe señalar que la tolva no es usada para la mezcla de ciertos químicos (por la peligrosidad de su manipuleo), como por ejemplo soda cáustica (hidróxido que será preparado en el tanque químico).

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CALCULOS BASICOS DE CONTROL DE FLUIDOS:

LOS VOLÚMENES DEL LODO LA CAPACIDAD INTERIOR DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN Y DEL POZO.- La capacidad de un tubo o de una sección abierta del pozo es la cantidad del lodo que pueda ser almacenado o contenido dentro del volumen de dicho tubo. Para calcular la capacidad del tubo de perforación por cada pie, la fórmula es la siguiente: Capacidad = ID² ÷ 314 (Bbl/m) Donde: Capacidad = El volumen dentro del tubo por longitud unitaria (Bbl/m) ID =El diámetro interno del tubo (pulg)

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CALCULOS BASICOS DE CONTROL DE FLUIDOS: LOS VOLÚMENES DEL LODO LA CAPACIDAD INTERIOR DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN Y DEL POZO.- La capacidad de un tubo o de una sección abierta del pozo es la cantidad del lodo que pueda ser almacenado o contenido dentro del volumen de dicho tubo. Para calcular la capacidad del tubo de perforación por cada pie, la fórmula es la siguiente: Capacidad = ID² ÷ 314 (Bbl/m) Donde: Capacidad = El volumen dentro del tubo por longitud unitaria (Bbl/m) ID =El diámetro interno del tubo (pulg) Para calcular el volumen total (el total de barriles) en una sección del juego del tubo de perforación, se multiplica la capacidad, expresada en Bbl/m, por la longitud del tubo o de la sección: Volumen Total (Bbl) = Capacidad x la Longitud del Tubo

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FLUJO DEL LODO

CALCULOS BASICOS DE CONTROL DE FLUIDOS: LOS VOLÚMENES DEL LODO LA CAPACIDAD DEL ESPACIO ANULAR La capacidad del espacio anular es el volumen del fluido de perforación contenido entre dos secciones del tubo. En otras palabras, es el volumen contenido entre el diámetro exterior del tubo interior, y el diámetro interno del tubo exterior. La capacidad anular también podrá ser aquél volumen contenido entre el diámetro exterior de un tubo (introducido al pozo) y el costado del pozo abierto Capacidad = OD²-ID² ÷ 314 (Bbl/m) Donde: Capacidad = El volumen dentro del tubo y espacio anular (Bbl/m) ID =El diámetro interno del tubo (pulg) OD= El diámetro externo (pulg)

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FLUJO DEL LODO

CALCULOS BASICOS DE CONTROL DE FLUIDOS: LOS VOLÚMENES DEL LODO LA CAPACIDAD DEL ESPACIO ANULAR La capacidad del espacio anular es el volumen del fluido de perforación contenido entre dos secciones del tubo. En otras palabras, es el volumen contenido entre el diámetro exterior del tubo interior, y el diámetro interno del tubo exterior. La capacidad anular también podrá ser aquél volumen contenido entre el diámetro exterior de un tubo (introducido al pozo) y el costado del pozo abierto Capacidad = OD²-ID² ÷ 314 (Bbl/m) Donde: Capacidad = El volumen dentro del tubo y espacio anular (Bbl/m) ID =El diámetro interno del tubo (pulg) OD= El diámetro externo (pulg)

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

SISTEMA DE CIRCULACION: El sistema de circulación de un pozo de perforación consta de varios componentes o intervalos, cada uno de los cuales está sujeto a una caída de presión específica. La suma de las caídas de presión de estos intervalos es igual a la pérdida total de presión del sistema o a la presión medida del tubo vertical.

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Contenido:  Objetivos  Conceptos básicos de Hidráulica  Pérdidas de Presión y Densidad Equivalente de Circulación  Selección de Toberas para la Barrena  Optimización Hidráulica Objetivos:  Entender los conceptos básicos de la hidráulica de la perforación,  Describa varias pérdidas de presión  Factores que afectan la DEC  Seleccione las toberas de la barrena para optimizar la hidráulica de la barrena.

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Circulación de Fluidos:  La circulación del fluido tiene que diseñarse para remover los recortes con eficiencia y también para enfriar la cara de la barrena,  Estos requerimientos pueden satisfacerse al aumentar el caudal o gasto de la bomba,  Sin embargo, el incremento en la velocidad de bombeo del fluido (gasto) puede causar una erosión excesiva de la cara y una falla prematura de la barrena.

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Barrena de Conos de Rodillo:

 La velocidad de penetración es función de muchos parámetros incluyendo:  Peso Sobre la Barrena, WOB,  Velocidad de Rotación de la barrena, RPM,  Propiedades del Lodo,  Para evitar un influjo de fluidos desde la formación al agujero, la presión hidrostática del lodo debe ser ligeramente más alta que la presión de la formación (margen de seguridad).

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Eficiencia Hidráulica:  Los efectos del aumento de caballaje hidráulico en la barrena son similares a su efecto sobre las barrenas del cono.  El fabricante con frecuencia recomienda un caudal de flujo mínimo en un intento por asegurar que la cara de la barrenase mantenga limpia y la temperatura del cortador se mantenga al mínimo.  Este requerimiento para la tasa de flujo puede tener un efecto adverso sobre la optimización del caballaje hidráulico en la barrena, HHP.

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Importancia de una buena Hidráulica para perforar:  Remoción de recortes en el espacio anular.  Presión hidrostática para balancear la presión del poro y prevenir que se colapse el agujero del pozo.  DEC (Densidad Equivalente de Circulación).  Presiones de Surgencia / suaveo durante los viajes de entrada y salida de la sarta en el pozo.  Limitación de la capacidad de bombeo.  Optimización del proceso de perforación (Max HHP consumido en la barrena o Max Impacto del Chorro).  Efectos de Presión y Temperatura.

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Limpieza del Agujero:  Velocidad Anular  Velocidad de penetración (ROP)  Viscosidad  Angulo del Agujero  Densidad del Lodo  Ensanchamiento del Agujero por erosión (lavado)

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Sistema de Circulación

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Pérdidas de Presión en el Sistema Circulante:  Pérdida de presión en el equipo de la superficie  De la bomba al “stand pipe”, manguera rotaria, Kelly o Top Drive, hasta la parte superior de la tubería de perforación  Pérdida de presión a través de la sarta de perforación  Pérdida de presión en las herramientas del fondo:  PDM / Turbinas  Absorbedores de impacto / Martillos de Perforación  MWD / LWD  Pérdida de presión a través de las toberas en la barrena  Pérdidas de presión en el espacio anular

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Margen Operativo de las Presiones del Lodo:

Profundidad

Presión

Presión de Fractura Presión de poros

DEC

Presión Hidrostática del Lodo

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Conceptos Básicos de Hidráulica;  Velocidad promedio del fluido  Velocidad del fluido a través del espacio anular Vf (pies/min); 24.51 ∗ 𝑄 𝑉𝑓 = 𝑂𝐷² − 𝐼𝐷²

 Velocidad del fluido a través de la sarta de perforación Vf 24.51 ∗ 𝑄 (pies/min): 𝑉 = 𝑓

𝐼𝐷²

 Q = Gasto o tasa de bombeo (gal/min, gpm),  OD = Diámetro del agujero (o mayor)(pulgadas),  ID = Diámetro externo de la sarta de perforación (o menor)(pulgadas),  ID = Diámetro interno de la sarta de perforación (pulgadas)

CUARTA UNIDAD

FLUJO DEL LODO

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Número Reynolds (para flujo en el espacio anular): 𝑅𝑁 =

43.69∗ρ𝐿 𝐸𝑞 ∗𝜃300

∗

2−𝑁 𝑄 𝐷ℎ2 −𝐷𝑝2

∗ 8.69 ∗ 𝐷ℎ − 𝐷𝑝 ⁿ

Laminar si RN < 2000 Transición RN está entre 2000 y 3000 Turbulento si RN >3000 Donde: RN, Número Anular de Reynolds (sin dimensión) MW, Densidad del Lodo (lbs/gal) EqΘ300 Lectura del Viscosímetro Fann a 300 RPM Dh, Diámetro del Agujero (pulgadas)D p, Diámetro de la tubería (pulgadas) N’, valor “n” en la Ley de Potencia = log (Θ600/Θ300) / log (600/300)

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

Densidad Equivalente de Circulación(DEC): Factores que afectan la DEC:  Densidad del lodo.  Pérdidas de presión en el espacio anular Pa.  Geometría del agujero, viscosidad efectiva, temperatura, presión, gasto o tasa de bombeo.  Velocidad de penetración y tamaños de los recortes.  Eficiencia de la limpieza del agujero.

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN CÁLCULO DEL E.C.D Densidad Equivalente de Circulación (E.C.D)  Si una mayor presión en el fondo del hoyo existiese generada por una mayor densidad del fluido, podría producirse un retraso considerable en la velocidad o tasa de penetración (ROP)  Esto significa, que si existe una condición dinámica, existirá una mayor presión en el fondo ejercida por una densidad dinámica del fluido de perforación, de allí el concepto de E.C.D(Equivalent Circulation Density)  Se conoce como E.C.D, a la densidad existente dentro del hoyo cuando se realiza la actividad de circulación de un fluido y referida al fondo la densidad que se ejerce en contra de la formación que se esta atravesando.

CUARTA UNIDAD

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

HIDRÁULICA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN CÁLCULO DEL E.C.D Densidad Equivalente de Circulación (E.C.D)  Al existir la circulación en el proceso de perforación las probabilidades de arremetidas o amagos son menores que cuando se esta realizando los viajes con la tubería, esto representa un ventaja para las condiciones dinámicas  El cálculo del E.C.D en el fondo del pozo, se podrá obtener por la siguiente ecuación: 𝝨𝑃𝑎𝑛𝑢𝑙𝑎𝑟 𝐸𝐶𝐷 = ρ𝐿 + [ ] 0.052 ∗ 𝑇𝑉𝐷

ρL: Densidad original del fluido, ppg 𝝨Panular: Sumatorias de las pérdidas de presión por fricción anular, psi. TVD: Profundidad Vertical Verdadera, pies