proyecto hdlc

8/20/2019 Proyecto Hdlc

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INTRODUCCIÓN

El petróleo es un recurso natural y el más importante en nuestro país pues satisface la demanda de

energéticos y de productos básicos contribuyendo al desarrollo de nuestro país, este recurso hatransformado la vida y la economía de nuestro país desde que se empezó a explotar los

yacimientos que existen en nuestro país.

El presente trabao se hace con la finalidad de conocer los criterios y parámetros que se deben

tomar en cuenta para la perforación de pozo !hishito "#, en especial se desarrollara los métodos

necesarios para conocer la optimización de la hidráulica de perforación adecuada para una

perforación exitosa y la vida $til del mismo.

%or lo tanto este trabao que se desarrollara a continuación se compone de tres capítulos

describiendo en el primero la metodología y alcance del tema además de incluir los obetivos

específicos y generales por el cual se desarrolla este trabao así como los antecedentes de la

empresa donde se realiza la estadía.

En el capítulo dos se se&alan los conceptos básicos para el pronto entendimiento del tema y

finalizando el capítulo tres con una serie de cálculos, gráficos y puntos necesario donde se explica

la solución al problema.

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CAPÍTULO I

MARCO METODOLÓGICO

1 GENERALIDADES DE LA EMPRESA Y ÁREA DONDE SE

DESARROLLA LA ESTADÍA.

1.1 ANTECEDENTES.

En #"'( tras una serie de eventos que deterioraron la relación entre trabaadores y empresas

estalla una huelga en contra de las compa&ías petroleras extraneras que paraliza al país. )a unta

conciliación y arbitrae falla a favor de los trabaadores, pero las compa&ías promueven corte de

usticia ratifica el laudo omitido por la usticia de la nacional negar el ampara, la !uprema *orte de

+usticia ratifica el laudo omitido por la unta ederal de *onciliación y -rbitrae a favor de los

trabaadores. ras las negativa de aquellas para cumplir el mandato udicial, la tarde del #/ de

0arzo de #"'/ el presidente )ázaro *árdenas del 1io decreta la expropiación de los vienen

muebles e inmuebles de #( compa&ías petroleras a favor de la 2ación. El ( de unio de ese a&o se

crea %etróleos mexicanos es la mayor empresa de 0éxico, el mayor contribuyente fiscal del país,

así como una de las empresas más grandes de -mérica )atina.

Es de las pocas empresas petroleras del mundo que desarrolla toda la cadena productiva de la

industria, desde la explotación, hasta la distribución y comercialización de productos finales,

incluyendo la petroquímica. 3urante el 45#4 sus ingresos totales ascendieron a un billón 67( mil

millones de pesos, obtuvo un rendimiento de operación de "58 mil millones de pesos y su inversión

ascendió a '## mil millones de pesos.

)a misión de %E0E9 Exploración y %roducción :%E%; es maximizar el valor económico a largo

plazo de las reservas de crudo y gas natural del país, garantizando la seguridad de sus

instalaciones y su personal, en armonía con la comunidad y el medio ambiente. !us actividades

principales son la exploración y explotación del petróleo y el gas natural< su transporte,

almacenamiento en terminales y su comercialización de primera mano< éstas se realizan

cotidianamente en cuatro regiones geográficas que abarcan la totalidad del territorio mexicano=

2orte, !ur, 0arina 2oreste y 0arina !uroeste. %E% a nivel mundial ocupa el tercer lugar en

términos de producción de crudo, el primero en producción de hidrocarburos costa fuera, el noveno

en reservas de crudo y el doceavo en ingresos.

1.2 GENERALIDADES DE LA EMPRESA.

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1.2.1 MISIÓN.

%erforar, reparar y dar servicio a pozos petroleros cumpliendo los estándares de calidad, tiempo

costo, seguridad, salud y protección ambiental.

1.2.2 VISIÓN.

!omos una empresa perforadora y de servicio con innovación tecnológica y de capital humano

calificado que contribuye a la generación de valor y al incremento de las reservas y producción de

hidrocarburos.

1.2.3 SERVICIOS QUE OFRECE LA EMPRESA.

%etróleos 0exicanos ofrece productos y servicios tales como=

%etróleo crudo, gasolina y refinados, petroquímicos básicos, petroquímicos secundarios, y

comercialización de bienes no $tiles.

1.2.4 ÁREA DONDE SE DESARROLLÓ LA ESTADÍA.

El proyecto de estadía se desarrolló en el área >nidad 3e %erforación de %E0E9 Exploración y

producción :%E%;, *. %emex, 0-*>!%-2- dicha área se encuentra a cargo del ?ng. 0arco

-ntonio ovilla %érez, donde se realiza el dise&o sobre las operaciones de perforación en el pozo

!hishito "#.

1.3 TEMA DE ESTADÍA.

@btener las condiciones de operación óptimas para el eficiente acarreo de los recortes de

perforación del pozo y así tener la meor limpieza del aguero.

1.3.1 TÍTULO DEL PROYECTO.@ptimización de hidráulica de perforación del pozo !hishito "#

1.3.2 OBJETIVOS GENERALES.

1ealizar los cálculos necesarios para determinar las condiciones máximas de acarreo de los

recortes de perforación así como también los cálculos para la limpieza del aguero representando

los resultados en una gráfica mediante softAare de aplicación.

1.3.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

@btener las condiciones de operación óptimas para el eficiente acarreo de los recortes de

perforación del pozo y así tener la meor limpieza del aguero.

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1.3.4 ALCANCE.

Este trabao solo reporta determinar las condiciones del pozo !hishito "#, comprende también la

realización de los resultados en el periodo de abrilBagosto del 45#8 de los cálculos de hidráulica

realizados para dicho pozo.

1.4 TAREAS DE LOS CÁLCULOS DE PERFORACIÓN.

3efinir los cálculos de perforación del pozo shishito"# 1ecopilación bibliográfica :manuales, reportes de la empresa; relacionada con las pruebas

especiales. %resentar los resultados obtenidos los cálculos del pozo. 1ealizar el softAare correspondiente para los cálculos de hidráulicas requeridos para el

pozo !hishito "#.

1.4.1 TAREAS DE RESULTADO DEL DISEÑO DEL POO.

1ealizar los cálculos del pozo shishitoB"# @btener los resultados de los cálculos realizados. *orrelacionar los resultados de los cálculos obtenidos.

1.! METODOLOGÍA.

4

I"#$#%.

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1.< ANTECEDENTE Y JUSTIFICACIÓN DEL TEMA DE ESTADÍA.

El empleo óptimo del caballae hidráulico :potencia hidráulica; de la bomba de lodos es uno de los

aspectos de mayor importancia en las operaciones de perforación, especialmente en lo que a la

optimización de ésta se refiere. %or este motivo, es necesario contar con el conocimiento cabal del

equipo hidráulico superficial y sus componentes< así como de la evaluación analítica de la energía

hidráulica disponible< asociándose generalmente el término potencia hidráulica con el empleo en el

campo de las barrenas de toberas. -ntes de la introducción y empleo de las barrenas de toberas en el campo, la limpieza de los

recortes del fondo del pozo era ineficiente y gran parte de la vida de la barrena se consumía

remoliendo los recortes< lo cual a su vez generaba problemas en la perforación del pozo. %or lo

tanto, la aplicación de un nivel adecuado de la energía hidráulica disponible en el fondo del pozo,

producirá un incremento sustancial en la velocidad de penetración< ya que si se logra obtener una

Climpieza perfectaC en el fondo del pozo, los recortes serán removidos con la misma rapidez con

que se generan.

5

R,'(#0'$#" ,$($)(%+

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F#".


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3e aquí la gran importancia que tiene la determinación del tama&o apropiado de las toberas, la

cual es una función de la energía disponible en la barrena y por lo tanto de las caídas de presión

por fricción. 3e lo antes expuesto es posible establecer que el principal obetivo de la optimización

de la hidráulica de perforación es el de maximizar una función obetiva que permita obtener una

limpieza eficiente del fondo del pozo y de la barrena y no la de hacer aguero, aun cuando en

formaciones muy suaves el chorro del lodo puede por sí solo ayudar a Chacer agueroC.

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 REOLOGÍA DE FLUIDOS.

El fluo de fluidos o sistemas de fluidos, a través de conductos circulares y espacios anulares, es

uno de los aspectos com$nmente encontrados en el campo de la ingeniería< especialmente en la

perforación, terminación y reparación de pozos petroleros.

%or lo tanto, las características reológicas o de fluo de los fluidos deberán de ser bien definidas, a

fin de dise&ar adecuadamente los requerimientos de potencia necesaria para circularlos.

-demás, en el dise&o de sistemas de fluidos y en el comportamiento de fluo a diferentes

condiciones< así como el efecto de diversos contaminantes sobre los fluidos, es posible

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cuerpo es retornado a su forma original indeformada. %or lo que esta deformación elástica es

considerada como una función del esfuerzo. :luid drilling manual 455#;

2.3.2 FLUJO.

)a deformación llamada fluo corresponde a la conversión de la energía mecánica en calor.

El trabao empleado en mantener el fluo es disipado en una forma de calor y no es mecánicamente

recuperable. En el fluo, la deformación es una función del corte.

3ebido a la similitud que existe entre la resistencia viscosa al fluo y la fricción entre dos

superficies sólidas, la resistencia al fluo de un fluido es, algunas veces, denominada

Cfricción internaC. En estas notas, el término CviscosoC será utilizado como un término genérico

para describir el fenómeno de fluo y no se refiere a un coeficiente particular de viscosidad

En términos generales, las ecuaciones que describen los efectos viscosos y elásticos, enuna forma combinada, son establecidos en base a tres términos principales= >n término elástico

que incluye la deformación, uno viscoso que incluye el ritmo de la deformación y un tercer término

de inercia, el cual incluye la aceleración.

%or lo tanto, desde el punto de vista de la reología, las propiedades mecánicas de todos

los materiales pueden ser totalmente descritas en términos de las contribuciones elásticas,

viscosas y de inercia. :luid drilling manual 455#;

2.4 CORTE.

El corte es un tipo de deformación muy importante. En donde el corte simple es un caso especial

de una deformación laminar y puede ser considerado como un proceso, en el cual planos

paralelos infinitamente delgados, se deslizan uno sobre otro< como en un paquete de naipes.

En el corte simple las láminas de fluido son planas, pero el corte o deformación laminar puede ser

encontrada en otras geometrías, como se muestra en la igura #.

En la igura # se observa que los tipos de corte mostrados en b y c son muy importantes en

reología< pues éstos representan el tipo de fluo encontrado en viscosímetros rotacionales y

capilares respectivamente.:Daer huges 4554, 0anual de fluidos de perforación;

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2.! FLUIDO.

>n fluido puede ser definido simplemente como una substancia la cual tiende a fluir bao la

acción de un esfuerzo, no importando la consistencia de éste. En un fluido, los esfuerzos entre las

partículas adyacentes son proporcionales al ritmo de deformación y tienden a desaparecer

cuando cesa el movimiento.

>n fluido ideal :fluido viscoso; no puede soportar deformaciones por largos períodos de tiempo,

debido a que éstos son aliviados por el fluo.

%or supuesto, algunos fluidos pueden exhibir una deformación elástica por períodos de tiempo

considerables :períodos infinitamente cortos con respecto al tiempo necesario para obtener un fluo

apreciable;.

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igura #.ipos de corte de fluo :Daer huges 4554, 0anual de fluidos de perforación;


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%or lo tanto, un material determinado puede ser considerado como un cuerpo elástico ideal para

períodos de tiempo relativamente cortos y como un fluido viscoso ideal para períodos de tiempo

relativamente largos.

?ndependientemente de la geometría del cuerpo y de la deformación, un fluido siempre fluirá en

una forma de corte laminar. :Daer huges 4554, 0anual de fluidos de perforación;

2.< CLASIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LOS FLUIDOS.

)os fluidos pueden ser clasificados de acuerdo con su comportamiento bao la acción de un

esfuerzo cortante y a la velocidad de corte inducida por dicho esfuerzo resultante en un

fluo laminar y unidireccional, a temperatura constante.

-sí, los fluidos se clasifican principalmente en dos grandes grupos= FLUIDOS PURAMENTE

VISCOSOS y fluidos que exhiben propiedades viscosas y elásticas, denominados FLUIDOSVISCOELÁSTICOS.

!in embargo, de acuerdo con su comportamiento bao la acción de un esfuerzo cortante y la

velocidad de corte inducida por dicho esfuerzo, los fluidos se clasifican $%:% FLUIDOS

NE>TONIANOS y FLUIDOS NO=NE>TONIANOS, como se muestra en la tabla ?.

:Daer huges 4554, 0anual de fluidos de perforación;

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abla #. *lasificación reológica de los fluidos :Daer huges 4554, 0anual de fluidos de perforación;

2.TONIANOS.

)os fluidos neAtonianos o ideales son aquellos cuyo comportamiento reológico puede ser

descrito de acuerdo con la )EF 3E )- G?!*@!?3-3 3E 2EH@2.

Es decir, son aquellos fluidos que exhiben una proporcionalidad directa entre el esfuerzo

cortante aplicado y la velocidad de corte inducida, como se muestra en la igura 4.


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igura 4. luido neAtoniano :Daer huges 4554, 0anual de fluidos de perforación;

2.TONIANOS.

)os fluidos noB2eAtonianos son aquellos fluidos que no se comportan de acuerdo con la )ey de la

Giscosidad de 2eAton. %or exclusión, en este grupo se incluye a todos los fluidos que no

exhiben una relación directa entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte. - su vez, éstos

pueden ser subdivididos en dos grupos= luidos ?ndependientes del iempo y luidos

3ependientes del iempo. :Daer huges 4554, 0anual de fluidos de perforación;

2.


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Estos fluidos se caracterizan porque sus propiedades reológicas varían con la duración del corte

:esfuerzo cortante y velocidad de corte;, dentro de ciertos límites. )os luidos 3ependientes del

iempo se subdividen en= luidos ixotrópicos y luidos 1eopécticos.


2.? @IDRÁULICA DE PERFORACIÓN.

El proceso de perforación involucra para su realización dos tipos de energía= Energía 0ecánica y

energía Iidráulica. )a energía mecánica impuesta sobre el fondo del pozo se refiere a la aplicación

de la carga sobre la barrena trasmitida a la formación a ser perforada por esta $ltima y a la

velocidad de rotación impuesta en la barrena mediante la sarta de perforación y la mesa

rotaria. *on esto los elementos cortadores de la barrena realizan la función de rascar, triturar o

fracturar las formaciones.

)a energía hidráulica proporcionada por la circulación del fluido de control a través del sistema

circulatorio del pozo, tiene como principal función la limpieza del fondo del pozo y del aguero, así

como el transporte de los mismos hacia la superficie.

*on la aplicación de estas dos energías, se cumple con el fundamento básico de la perforación=

destruir la roca y remover los recortes generados.

*on respecto a la energía hidráulica empleada en el proceso de perforación de pozos petroleros ,

es com$n suponer que ésta se refiere $nicamente a la determinación de la relación entre el gasto

volumétrico de fluo :gasto de circulación; y la presión de bombeo, así como a la selección

de las toberas de la barrena que satisfaga alguna función. - esto se le ha denominado

@ptimización de la Iidráulica de perforación.

!in embargo, el empleo de la energía hidráulica durante las operaciones de perforación

incluye otros aspectos tales como el comportamiento de fluo de los fluidos :reología;, las

pérdidas de presión por fricción, las presiones generadas por el movimiento de tuberías dentro

del pozo, el transporte de recortes desde el fondo del pozo hasta la superficie :capacidad de

acarreo de recortes; y la utilización eficiente de la energía :optimización de la perforación;, así

también tomando en cuenta la clasificación de los diferentes tipos de fluidos de perforación y las

funciones de estos en el desarrollo de los proyectos de perforación.

%or lo tanto, la determinación de la utilización apropiada de la energía hidráulica disponible

no estará completa si no se toman en cuenta los aspectos mencionados.

:%emex exploración y producción 455#, Iidráulica de perforación;

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2. OPTIMIACIÓN DE LA @IDRÁULICA.

El empleo óptimo del caballae hidráulico :potencia hidráulica; de la bomba de lodos es uno de

los aspectos de mayor importancia en las operaciones de perforación, especialmente en lo que a

la optimización de ésta se refiere.

%or este motivo, es necesario contar con el conocimiento del equipo hidráulico superficial y suscomponentes así como de la evaluación analítica de la energía hidráulica disponible

asociándose generalmente el término potencia hidráulica con el empleo en el campo de las

barrenas de toberas.

)a principal función de las toberas de la barrena es la de meorar la acción de limpieza del fluido

de perforación en el fondo del pozo, incrementando de esta manera la velocidad de perforación

mediante la remoción Ccasi inmediataC de los detritos generados y permitir que los dientes de la

barrena incidan sobre formación virgen.

-ntes de la introducción y empleo de las barrenas de toberas en el campo, la limpieza de los

recortes del fondo del pozo era ineficiente y gran parte de la vida de la barrena se consumía

remoliendo los recortes< lo cual a su vez generaba problemas en la perforación del pozo.

%or lo tanto, la aplicación de un nivel adecuado de la energía hidráulica disponible en el fondo del

pozo, producirá un incremento sustancial en la velocidad de penetración ya que si se logra

obtener una Climpieza perfectaC en el fondo del pozo, los recortes serán removidos con la misma

rapidez con que se generan.

3e aquí la gran importancia que tiene la determinación del tama&o apropiado de las toberas la cual

es una función de la energía disponible en la barrena y por lo tanto de las caídas de presión por

fricción.

3e lo antes expuesto es posible establecer que el principal obetivo de la optimización de la

hidráulica de perforación es el de maximizar una función que permita obtener una limpieza

eficiente del fondo del pozo y de la barrena y no la de hacer aguero, aun cuando en

formaciones muy suaves el chorro del lodo puede por sí solo ayudar a Chacer agueroC.

Es decir, en lo que hacer aguero se refiere, la hidráulica de perforación se emplea

$nicamente para lograr una limpieza eficiente del fondo del pozo.


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2.5 @IDRÁULICA ÓPTIMA.

)a hidráulica de perforación óptima se define como el balance apropiado entre los

elementos de la hidráulica con el fin de obtener una limpieza adecuada del fondo del

aguero y de la barrena empleando la potencia hidráulica disponible tan eficientemente como sea

posible.

En la optimización de la hidráulica de perforación los elementos considerados en el análisis son=

GASTO DE FLUJO 3etermina la velocidad anular del fluido y las caídas de presión por fricción en

el sistema circulatorio del pozo.

PRESIÓN DE BOMBEO 3etermina la velocidad del fluido en las toberas de la barrena.

RELACIÓN GASTO=PRESIÓN DE BOMBEO 3etermina la potencia hidráulica disponible en

la barrena.

FLUIDO DE PERFORACION 3etermina las pérdidas de presión por fricción en el sistema

y la velocidad de acarreo de los recortes.

- la fecha, la verdadera optimización de la hidráulica de perforación no ha sido completamente

definida. Esto se debe a que no se han desarrollado modelos que permitan una meor definición

del efecto de la hidráulica sobre=

a;. )a velocidad de penetración.

b;. )os costos de operación.

c;. El desgaste de la barrena.

d;. )os problemas potenciales del aguero :erosión, etc.;.

e;. )a capacidad de acarreo de los recortes.

%or otro lado, a$n en la actualidad existe desacuerdo en el sentido de cual o cuales de los

parámetros deberán de ser empleados para indicar el nivel adecuado de limpieza hidráulica. !in

embargo, actualmente los parámetros o criterios de dise&o hidráulico más com$nmente empleados

incluyen=

a;. )a máxima potencia :caballae; hidráulica en la barrena.

b;. )a máxima fuerza de impacto hidráulico.

c;. )a máxima velocidad del fluido en las toberas de la barrena.

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1ecientemente, aun cuando no muy bien definido, la velocidad del fluo cruzado :crossBfloA; en

el fondo el pozo ha sido definida como un criterio alterno de dise&o hidráulico. ?nvestigaciones

recientes han demostrado que la maximización de este parámetro permite una meor limpieza

del fondo del pozo. !in embargo a la fecha no ha sido posible la definición completa de este

parámetro.

-sí, la práctica com$n en el dise&o de un programa hidráulico optimizado consiste en la

determinación apropiada de los gastos de fluo y tama&o de toberas de la barrena, para un pozo y

fluido determinado, que como resultado permitan que alguno de los criterios de optimización sea

máximo. )a decisión con respecto a cómo definir el balance apropiado entre los elementos de la

hidráulica hace de ésta una de las fases más difíciles de la optimización de la perforación.

:!chlumberger drilling school 4555, ecnología de perforación;

2.1 CRITERIOS DE OPTIMIACIÓN.

)a práctica de campo ha demostrado que la velocidad de perforación se incrementa conforme

la energía hidráulica disponible en el fondo del pozo se incrementa< aumentando así la

efectividad del empleo de las barrenas de chorro.

!in embargo, una vez que se alcanza un nivel de limpieza CperfectaC, cualquier aumento de la

energía hidráulica en la barrena ya no trae consigo un aumento en la velocidad de penetración.

:!chlumberger drilling school 4555, ecnología de perforación;

2.11 MÁIMA POTENCIA @IDRÁULICA.

%otencia define como la capacidad de realizar un trabao por unidad de tiempo, por lo que

la potencia hidráulica que el fluido desarrolla al moverse a través del sistema circulatorio

está definida por la relación gastoBpresión.

:Ialliburton 455# 1ed boo;

2.12 POTENCIA @IDRÁULICA EN LA BARRENA.

)a potencia hidráulica :caballae; desarrollada por la bomba se utiliza en parte para vencer la

resistencia ofrecida por el sistema circulatorio :pérdidas de presión por fricción;, mientras

que el resto disponible se destina a la barrena. !i se deseara incrementar la potencia superficial a

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fin de utilizar la máxima potencia de la bomba, sería necesario aumentar el gasto de circulación,

manteniendo la presión de la bomba constante e igual a la presión superficial máxima.

Esto traería como consecuencia un incremento en las pérdidas por fricción a través del

sistema circulatorio, debido al incremento en el gasto de fluo. %or lo tanto, gran parte de la

potencia superficial desarrollada por la bomba sería destinada a vencer principalmente la

resistencia a la circulación del fluido, a costa del caballae en la barrena. )o anterior significa que el

parámetro que se requiere maximizar es la potencia hidráulica en la barrena y no la potencia

superficial. :Ialliburton 455# 1ed boo;

2.13 MÁIMO IMPACTO @IDRÁULICO.

)a fuerza de impacto hidráulico se define como la rapidez en el cambio de momento del fluido con

respecto al tiempo< es decir, es la fuerza impartida a la formación por el fluido saliendo de las

toberas de la barrena e incidiendo sobre el fondo del pozo.

)a teoría del impacto hidráulico considera que la remoción de los recortes depende de la fuerza

con la cual el fluido golpea el fondo del pozo.


2.14 MÁIMA VELOCIDAD EN LAS TOBERAS.

Estudios realizados con las primeras barrenas de toberas mostraron que la velocidad de

penetración se meoraba notablemente conforme la velocidad del fluido a través de las toberas se

incrementa.

-ntes de la introducción de las barrenas de toberas, las bombas se operaban generalmente

al gasto correspondiente a la mínima velocidad anular requerida para levantar los recortes.

En cierto punto, esta práctica actualmente contin$a siendo válida.

)a velocidad del fluido a través de las toberas es proporcional a la raíz cuadrada de la caída de

presión en la barrena e inversamente proporcional a la densidad del fluido. )a optimizaciónconsiste en seleccionar el tama&o de las toberas de la barrena de tal manera que la presión

superficial a un gasto mínimo indispensable para levantar los recortes sea la máxima presión

superficial disponible.

%or lo tanto, la velocidad del fluido a través de las toberas de la barrena es máxima cuando la

caída de presión en la barrena es máxima y la caída de presión en la barrena es máxima cuando la

caída de presión por fricción en el sistema es mínima y la presión superficial es máxima.

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- su vez, la caída de presión por fricción en el sistema es mínima, cuando el gasto de circulación

es mínimo. %or lo que la velocidad del lodo en las toberas es máxima cuando el gasto es mínimo y

la presión superficial es máxima. :%emex exploración y producción 455#, Iidráulica de perforación;

2.1! PROCEDIMIENTO PARA LA OPTIMIACIÓN DE LA @IDRÁULICA.

El obetivo de la optimización de la hidráulica de perforación es la obtención de una limpieza

adecuada del fondo del pozo y de la barrena, mediante el balance apropiado de los elementos de

la hidráulica.

%or lo que se puede establecer, considerando las limitaciones de la hidráulica en el campo, que

dicha optimización consiste en la selección del tama&o adecuado de las toberas de la barrena y del

gasto de circulación óptimo que permitan maximizar una función obetiva.

Esto se realizara de acuerdo al programa de dise&o de perforación ya que en cada pozo laoptimización hidráulica que se realizará no será la misma pues las condiciones de trabao

cambiaran de acuerdo al tipo de formación que se vaya a perforar.


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CAPÍTULO III

MARCO DE APLICACIÓN

El dise&o de la hidraulica de perforacion se hizo a partir de un pozo en perforacion, nos referios al

pozo !hishitoB"#, durante la etapa de perforacion de / #J4 pulgada de barrena, usando un equipo=

%0B54#4.

- partir de esta etapa se realizó el estado mecánico con sus diferentes herramientas:fig.'; que se

utilizaron para perforar así como la densidad del lodo, viscosidad plástica que son de suma

importancia a la hora de realizar los cálculos de hidráulica.

19

igura '. Estado mecánico de laetapa / KL


20/36

%eso del lodo= #.'8 grJcmM G%= '4 cps

#. Darrena %3* / #J4C4. 0otor de fondo 6 NL ?3 4 #'J#6L (."5 m'. G*% 6 NL ?3 ' KL 5.8/ m7. 3oble %in 6 NL ?3 4 (J/L 5.#" m

8. )H3 6 NL ?3 ' OL '.7" m6. )astrabarrenas 0onel *orto 6 NL ?3 ' OL 8.(6 m(. )astrabarrena 0onel 0H3 6 KL ?3 ' OL ".74 m/. %ulse !ub. 0onel 6 NL ?3 ' OL 5."8 m". *omb 7 #J4 ? :%; 7 ? D 6 K ?3 4 (J/L 5.7( m#5. :6; 3rill *ollar 2ormales 6 KL ?3 4 'J/L 8'.5# m##. *ombinación 7C ? x 7 #J4C ? 6 OL ?3 4 #'J#6L 5./5 m#4. 0artillo Ico 0ecánico 6 KL ?3 4 #'J#6L 8.55 m#'. %BIH 7L ?3 'L #'8 m#7. % #7 lbJft 7L ?3 '.'75L #54#.#7 m

3.1 VOLUMEN INTERIOR.

El volumen interior es la cantidad de fluido que se necesita para llenar la sarta de perforación y

desplazar el fluido que se encuentra en el espacio anular y así equilibrar la presión de formación

para evitar derrumbes.

%ara calcular el volumen interior de la tubería de perforación se utiliza la siguiente formula.

0.5067 X ID2 X log long=¿/m

a; Golumen interior de 0otor de ondo=

0.5067 x (2.8125)2=4.0080 ¿m

x 7.90m=31.6632lts

b; Golumen interior de G*%=

0.5067 x (3.5)2=6.2070 ¿m

x 0.58m=3.6000lts

c; Golumen interior de 3oble %in=

0.5067 x (2.875)2=4.1881 ¿m

x 0.19m=0.7957 lts

d; Golumen interior de )H3=

20


21/36

0.5067 x (3.25)2=5.3520 ¿m

x 3.49m=18.6784 lts

e; Golumen interior de )astrabarrena *orto=

0.5067 x (3.25)2=5.3520 ¿m

x 5.76m=30.8275lts

f; Golumen interior de )astrabarrena 0H3=

0.5067 x (3.25)2=5.3520 ¿m

x 9.42m=50.4158 lts

g; Golumen interior de %ulser !ub.0onel=

0.5067 x (3.25)2=5.3520 ¿

m

x 0.95m=5.0844 lts

h; Golumen interior de *omb 7 K ? :%; 7 ? D=

0.5067 x (2.875)2=4.1881 ¿m

x 0.47m=1.9684 lts

i; Golumen interior de :6; 3rill *ollar 2ormales=

0.5067 x (2.375)2=2.8581 ¿

m x 53.01m=151.5078 lts

; Golumen interior de *ombinación 7L ? 9 7 K P?=

0.5067 x (2.8125)2=4.0080 ¿m

x 0.80m=3.2064 lts

; Golumen interior de 0artillo 0ecánico=

0.5067 x (2.8125)

2

=4.0080 ¿m x 5.00m=20.04 lts

l; Golumen interior de #8; %BIH=

0.5067 x (3)2=4.5603 ¿m

x 135m=615.6405 lts

21


22/36

m; Golumen interior de %=

0.5067 x (3.340)2=5.6525 ¿m

x 1021.14 m=5771.9938lts

Golumen total= 6(58.74#" lts

3.2 VOLUMEN ANULAR

El volumen anular es la cantidad de fluido que se desplaza entre la formación geológica y las

paredes exteriores de la tubería de perforación, se calcula este volumen para saber la cantidad de

fluido a utilizar para mantener controlada la presión de formación con dicho fluido.

%ara calcular el volumen anular se utiliza la siguiente formula.

0.5067 X ID2 X ID ext

2log long=¿/m

a; Golumen anular de 0otor de ondo=

0.5067 x (8.5−6.75)2=13.5225 ¿

m

x 7.90m=106.8277 lts

b; Golumen anular de G*%=

0.5067 x (8.5−6.75)2=13.5225 ¿m

x 0.58m=7.8430 lts

c; Golumen anular de 3oble %in=

0.5067 x (8.5−6.75)2=13.5225 ¿

m

x 0.19m=2.5692 lts

d; Golumen anular de )H3=

0.5067 x (8.5−6..75)2=13.5225 ¿m

x 3.49m=47.1935 lts

22


23/36

e; Golumen anular de )astrabarrena *orto=

0.5067 x (8.5−6.75)2=13.5225 ¿m

x 5.76m=77.8896 lts

f; Golumen anular de )astrabarrena 0H3=

0.5067 x (8.5−6.5)2=15.201 ¿m

x 9.42m=143.1934 lts

g; Golumen anular de %ulser !ub.0onel=

0.5067 x (8.5−6.75)2=13.5225 ¿m

x 0.95m=12.8467 lts

h; Golumen anular de *omb 7 K ? :%; 7 ? D=

−¿=15.201 ¿m x 0.47m=7.1444 lts

0.5067 x(8.5−6.5)¿

i; Golumen anular de :6; 3rill *ollar 2ormales=

0.5067 x (8.5−6..5)2=15.201 ¿m

x 53.01m=805.80500 lts

; Golumen anular de *ombinación 7L ? 9 7 K P?=

0.5067 x (8.5−6.5)2=16.8161 ¿m

x 0.80m=13.4528 lts

; Golumen anular de 0artillo 0ecánico=

23


24/36

0.5067 x (8.5−6.5)2=15.201 ¿m

x 5.00m=76.005 lts

l; Golumen anular de #8; %BIH=

0.5067 x (8.5−4)2=28.5118 ¿m

x 135m=3847.743 lts

m; Golumen anular de %Baguero=

0.5067 x (8.5−4)2=28.5118 ¿m

x 521.14 m=14858.6394 lts

n; Golumen anular %B1=

0.5067 x (9.625−4 )2=38.8338 ¿

m

x 500m=19416.94 lts

Golumen total= '"747.584( lts.

3.3 GASTO DE LA BOMBA.

Es la cantidad de volumen de fluido que se bombea a un determinado tiempo de una manera

constante. %ara calcular el gasto de la bomba se utiliza la siguiente formula.

QR 5.5'/6 x 3S x ) x ef R ltsJemb

Domba E0!*@ B#555 6 KL x #4L con una eficiencia del "5 T de capacidad de bombeo.

a;Q=0.0386 x 62 x 12 x 0.90=15.0076 ¿

emb

x 96emb /min¿1440.7296


25/36

Es el tiempo que se tardan los recortes o ripios que corta la barrena en llegar a la superficie por el

espacio anular de acuerdo al volumen bombeado en ltsJmin. %ara calcular el tiempo de atraso se

utiliza la siguiente formula.

-R volumen del espacio anular en litros R min u horas

Q :gasto de la bomba en ltsJmin;

a;TA=

39424.0527lts

1440.7296 lts/min=27.36 min

3.! CICLO COMPLETO.

Es el tiempo para desplazar el volumen de fluido en el interior de la sarta más el volumen en el

espacio anular siendo tiempo de superficie a la barrena y de barrena a superficie. %ara calcular el

ciclo completo se utiliza la siguiente formula.

** R volumen total del pozo en lts R min u horas

Q :gasto de la bomba en ltsJmin;

a;CC = 46129.4746 lts

1440.7296 lts/min=32.01min

3.< NMERO DE EMBOLADAS PARA LLENAR EL INTERIOR DE LA SARTA.

%ara calcular el n$mero de emboladas que se necesitaran para llenar el interior de la tubería se

utiliza la siguiente formula.

No. Emb Interior= volumentotaldel∫dela TP enlitros

Q (gasto dela bomba enlitros/emboladas)=emb

a; No. Emb Interior=

6705.4219lts

15.0076 lts /emb=446.80emb

25


26/36

3.? NMERO DE EMBOLADAS PARA LLENAR EL POO COMPLETO.

%ara calcular el n$mero de emboladas se requiere la siguiente formula=

No. Emb Pozo Completo=

volumen total del pozoen litros

Q(gasto dela bombaenlitros/emboladas)=emb

a; No. Emb Pozo Completo=

39424.0527 lts

15.0076 lts /emb=3073.74 emb

3. CAÍDAS DE PRESIÓN EN EL INTERIOR DE LA SARTA.

a; *aída de presión en el interior de 0otor de ondo.

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x25.91

❑

8624 x(2.8125)4.75 =10.78 PSI

b; *aída de presión en el interior del G*%=

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x1.90

❑

8624 x (3.5)4.75 =0.27 PSI

c; *aída de presión en el interior del 3oble %in=

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x0.62

❑

8624 x (2.875)4.75 =0. PSI

d; *aída de presión en el interior del )H3=

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x11.35

❑

8624 x (3.25)4.75 =2.35 PSI

e; *aída de presión en el interior del )astrabarrena *orto=

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x18.89

❑

8624 x (3.25)4.75 =3.89 PSI

26


27/36

f; *aída de presión en el interior del )astrabarrena 0H3=

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x39.90

❑

8624 x (3.25)4.75 =6.36 PSI

g; *aída de presión en el interior del %ulser !ub.0onel=

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x3.12

❑

8624 x(3.25)4.75 =0.64 PSI

h; *aída de presión en el interior de la *omb 7 OL ? :%; 7L ? D=

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x1.54

❑

8624 x (2.875)4.75 =0.57 PSI

i; *aída de presión en el interior de los 6; 3rill *ollar 2ormales=

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x173.87

❑

8624 x (2.375)4.75 =158.69 PSI

; *aída de presión en el interior de la *ombinación 7L ? 9 7 KL ?=

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x2.62

❑

8624 x(2.813)4.75 =1.07 PSI

; *aída de presión en el interior del 0artillo 0ecánico=

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x16.40

❑

8624 x (2.813)4.75 =6.70 PSI

l; *aída de presión en el interior de #8; %BIH=

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x 442.80

❑

8624 x (3)4.75 =133.23 PSI

m; *aída de presión en el interior de la %=

∆ PinT =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x3349.34

❑

8624 x (3.340)4.75 =605.18 PSI

27


28/36

U%intotalR "4".(/ %!?

3.5 CAÍDAS DE PRESIÓN EN EL ESPACIO ANULAR.

a; *aída de presión en el espacio anular del 0otor de ondo.

∆ Pext = 11.24

0.75 x 380

1.75 x 32

0.25 x25.91

❑

6688 x (8.5+6.75)1.75(8.5−6.75)3=10.78 PSI

b; *aída de presión en el espacio anular del G*%.

∆ Pext = 11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x1.90

❑

6688 x (8.5+6.75)1.75(8.5−6.75)3=0.22 PSI

c; *aída de presión en el espacio anular del 3oble %in.

∆ Pext = 11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x0.62

❑

6688 x (8.5+6.75)1.75(8.5−6.75)3=0.07 PSI

d; *aída de presión en el espacio anular del )H3.

∆ Pext = 11.24

0.75 x 380

1.75 x 32

0.25 x 11.45

❑

6688 x (8.5+6.75)1.75(8.5−6.75)3=1.30 PSI

e; *aída e presión en el espacio anular del )astrabarrena 0onel *orto.

∆ Pext = 11.24

0.75 x 380

1.75 x32

0.25 x18.89

❑

6688 x (8.5+6.75)1.75(8.5−6.75)3=2.15 PSI

f; *aída de presión en el espacio anular del )astrabarrena 0onel 0H3.

∆ Pext =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x30.90

❑

6688 x (8.5+6.5)1.75(8.5−6.5)3 =2.42 PSI

g; *aída de presión en el espacio anular del %ulser !ub. 0onel.

∆ Pext = 11.24

0.75 x 380

1.75 x 32

0.25 x3.12

❑

6688 x (8.5+6.75)1.75(8.5−6.75)3=0.35 PSI

28


29/36

h; *aída de presión en el espacio anular de la *omb. 7 KL ? :%; 7L ? D.

∆ Pext =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x1.54

❑

6688 x (8.5+6.5)1.75(8.5−6.5)3=0.12 PSI

i; *aída de presión en espacio anular del 6; 3rill *ollar 2ormales.

∆ Pext =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x173.87

❑

6688 x (8.5+6.5)1.75(8.5−6.5)3 =13.62 PSI

; *aída de presión en el espacio anular de la *ombinación 7L ? 9 7 KL ?.

∆ Pext = 11.24

0.75 x 380

1.75 x 32

0.25 x2.62

❑

6688 x (8.5+6.25)1.75(8.5−6.25)3=0.15 PSI

; *aída de presión en el espacio anular del 0artillo 0ecánico.

∆ Pext =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x16.40

❑

6688 x (8.5+6.5)1.75(8.5−6.5)3 =1.28 PSI

l; *aída de presión en el espacio anular de la %BIH.

∆ Pext =

11.240.75

x3801.75

x320.25

x 442.80❑

6688 x (8.5+4)1.75(8.5−4 )3 =4.19 PSI

m; *aída de presión en el espacio anular de la %B-guero.

∆ Pext =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x1709.34

❑

6688 x (8.5+4)1.75(8.5−4)3 =16.17 PSI

n; *aída de presión en el espacio anular de la %B1.

∆ Pext =11.24

0.75 x380

1.75 x32

0.25 x1640

❑

6688 x (8.755+4)1.75(8.755−4)3=12.69 PSI

U%extotalR 8(.6( %!?

3.1 ÁREA DE TOBERAS.

29


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Darrena %3* / KL con 6 toberas= '; #4J'4L '; #7J'4L

a; área de tobera de #4J'4L.

AT =0.7854 x12/322 x 3=0.331 pg2

b; área de tobera de #7J'4L.

AT =0.7854 x14 /322 x3=0.450 pg2

- otalR 5.(/# pgS

3.11 CAÍDA DE PRESIÓN EN LA BARRENA.

∆ Pbna= 11.24 x 3802

10858 x 0.7812=245.06 PSI

3.12 PRESIÓN DE BOMBA.

Es la suma de las caídas de presión en el interior de la tubería más las caídas de presión en el

espacio anular más la caída de presión en la barrena.

Pbomba=929.78 PSI +57.67 PSI +245.06 PSI =1232.51 PSI

3.13 DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACIÓN.

)a 3E* representa la densidad del lodo que puede determinar la presión hidrostática en el fondo

del pozo, la cual es igual a la presión cuando comienza la circulación. Es la presión que siente el

fondo del pozo cuando el lodo está circulando. %ara calcular la densidad equivalente de circulación

se utiliza la siguiente formula=

DEC =∆ PEA x 1010

+ !lodo=gr /"m3

DEC =3.59 x 10

1244 +1.35=1.38gr /"m³

3.14 @@P BARRENA.30


31/36

%ara calcular II% se utiliza la siguiente formula=

##P=∆ Pbna x Q

❑

1714 =adimmensional

##P=

245.06 x380

1714 =54.33

3.1! ÍNDICE DE LIMPIEA.

%ara calcular el índice de limpieza utilizamos la siguiente formula=

I = ##P

0.7854 x Di agu$2= ##P/ Pg2

I = 54.33(0.7854) x(8.5)2

=0.96 ##P / pg ²

3.1< @@P BOMBA.

)a fórmula para calcular el II% en la bomba es la misma que se utiliza para calcular II% en la

barrena solo que se utilizan los datos de la bomba y no los dde la barrena.

##P bomba=1223.12 x380

❑

1714 =271.17

3.1? GASTO ÓPTIMO.

%ara calcular el gasto óptimo se utiliza la siguiente formula=

Q optimo=Q(gasto dela bomba en

gal

min❑)

diametro agu$aro en pg =gpm/ pg

Q optimo=380

8.5 =44.70 gpm/ pg

31


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3.1 VELOCIDAD ANULAR.

%ara calcular la velocidad en el espacio anular se utiliza la siguiente formula=

%el Anu= 24.51 x Q

Di Agu$2−diextTP2

=&t /min

a; velocidad anulas en el 3rill *ollar.

%el=24.51 x 380

8.52−6.52

=310.46 &t /min

b; velocidad anular en le %BIH.

%el=24.51 x 380

8.52−42 =165.57 &t /min

c; velocidad anular en la %B-guero.

%el=24.51 x 380

8.52−42

=165.57 &t /min

d; velocidad anular en la %B1.

%el=24.51 x 380

8.7552−42

=153.56 &t /min

32


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abla '. *alculo de hidráulica

CONCLUSIÓN

%ara el desarrollo armónico de la perforación de pozos petroleros, se debe tener un

conocimiento muy grande del comportamiento de cada uno de estos parámetros porque en ellos

está la columna vertebral del programa de perforación, ya que sin estos elementos no sería

posible desarrollar el mismo. )a hidráulica es una de las piezas fundamentales en el dise&o de los

programas pues mediante ella calcularemos las condiciones más óptimas para realizar la

perforación y desempe&ar un meor trabao además las funciones de los fluidos de perforación se

obtiene un panorama en la selección del tipo de fluido de a utilizar, la principal o la más

importante es la capacidad de acarreo de los recortes que tienen ya que sin esta función lo$nico que pasaría seria que la barrena se atoraría y no tendría avance al interior del pozo.

En el caso de los fluidos de perforación tenemos perdidas de presión en el interior de las

tuberías, dentro del sistema circulatorio del pozo así como en el espacio anular. ambién se

encuentran perdidas de presión en los aditamentos como conexiones superficiales o las

perdidas por fricción en las toberas de las barrenas de perforación.

33

abla 4. *alculo de hidráulica


34/36

)o anterior trae como consecuencia un mayor gasto en potencia mecánica que traerá

consigo un incremento económico en el desarrollo del proyecto, tales como, un mayor gasto

en electricidad y combustible para la alimentación de los motores eléctricos y de combustión

interna. %or eso es importante optimizar la hidráulica pues nos da un amplio panorama de toda la

perforación y de esta manera realizar un trabao más eficiente con reducción de costos.

RECOMENDACIONES

• !e recomienda mantener una buena hidráulica, para mantener la limpieza del pozo a fin de

no tener problemas operativos durante la perforación.

• %ara etapas someras, donde la roca no está muy consolidada se recomienda ir subiendo el

gasto paulatinamente a fin de no erosionar la formación.

• !e recomienda que el índice de limpieza sea igual o mayor a 4.8 para garantizar una

buena limpieza del pozo.

• >na de las practicas operativas más comunes cuando se tiene problemas de hidráulica

para conocer cuál es dicho problema, consiste en hacer el cálculo de la hidráulica pero

taponando empíricamente #, 4, ', etcV toberas de la barrena a fin de conocer si en

realidad es en las toberas el problema.

• !e recomienda conocer el equipo de perforación completamente para la correcta selección

de la caída de presión en el equipo superficial.

• !e recomienda antes de variar cualquier condición de operación verificar mediante cálculos

la presión de bombeo.

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proyecto hdlc

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