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REOLOGIA E

HIDRAULICA DE MECHAS

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Reologa eHidrulica

Es la ciencia de la fluidez de la materia que describe el

comportamiento del flujo del fluido.

Reologa

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Reologa eHidrulica

Es cualquier sustancia que se deforma continuamente cuandose somete a un esfuerzo de cizallamiento por muy pequeo

que sea este.

Fluido

Es la ciencia de la fluidez de la materia que describe el

comportamiento del flujo del fluido.

Reologa

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Reologa eHidrulica

Funciones del Fluido de Perforacin

Remover y transportar los cortes del hoyo.

Proveer presin hidrosttica - control del pozo.

Transmitir potencia hidrulica a la mecha o broca.

Refrigerar y lubricar la sarta de perforacin en su conjunto.

Proveer una torta o revoque a la pared del pozo

Proveer informacin del pozo

Prevenir la corrosin.

Proveer informacin de datos de las herramientas del fondo.

Brindar seguridad al personal y al medio ambiente.

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Reologa eHidrulica

Es cualquier sustancia que se deforma continuamente cuandose somete a un esfuerzo de cizallamiento por muy pequeo

que sea este.

Fluido

Es la ciencia de la fluidez de la materia que describe el

comportamiento del flujo del fluido.

Reologa

Esfuerzo Tangencial que tiende a deformar el elementofluyente.

Esfuerzo de Cizallamiento o Corte

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Reologa eHidrulica

Rgimen al cual se desenvuelve el esfuerzo de cizallamiento o

el fluido en comportamiento dinmico de desplazamiento

Tasa de Corte

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Reologa eHidrulica

Son aquellos fluidos en los cuales el esfuerzo de cizallamiento

o corte es directamente proporcional a la tasa de corte.

Fluido Newtoniano

Fluido Newtoniano n=1

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Reologa eHidrulica

El esfuerzo de cizallamiento es directamente proporcional a la

tasa de corte.

La viscosidad es independiente del regimen de cizallamiento y

disminuye con la temperatura.

La relacin YP/VP=0

No tiene capacidad de suspensin

Indice de comportamiento de flujo (n) igual a 1

Fluido Newtoniano - Caractersticas

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Reologa eHidrulica

Fluido No-Newtoniano

Son aquellos fluidos que presentan una amplia variedad de

relaciones entre el esfuerzo de cizallamiento o corte y la tasa

de corte.

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Reologa eHidrulica

Fluido No-Newtoniano - Caractersticas

La incorporacin de slidos cambia el comportamiento

reolgico de un fluido Newtoniano a uno No Newtoniano.

La viscosidad depende de las condiciones de flujo.

se requiere un esfuerzo de cizallamiento inicial para empezar

a deformar el fluido (YP).

Posee capacidad de suspensin

Los fluidos de perforacin son considerados fluidos No

Newtonianos.

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Reologa eHidrulica

Tipos de Fluido No Newtonianos

Plstico de Bingham

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Reologa eHidrulica

Power Law o Exponencial

Lnea Curva en papel cartesiano.

Lnea recta en papel Log-Log.

Se utiliza para realizar los

principales clculos con lodos de

perforacin (K y n)

n < 1 y aplica para la mayora de

los fluidos de perforacin.

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Reologa eHidrulica

Tipos de Fluido No Newtonianos

Pseudoplsticos

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Reologa eHidrulica

Tipos de Fluido No Newtonianos

Dilatantes

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Reologa eHidrulica

Tipos de Fluido No Newtonianos

Tixotrpicos (Ketchup)

Reopcticos (Yeso)

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Reologa eHidrulica

Propiedades del Fluido de Perforacin

Densidad

Viscosidad de Embudo

Viscosidad Plstica (PV)

Punto de Cedencia (YP)

Geles

pHPf/Mf/Pm

Prdida de Fluido API

Prdida de Fluido HPHT

% de Slidos y Aceite

MBTCal

Cloro

Estabilidad Elctrica

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Reologa eHidrulica

Viscosidad de Embudo (Marsh)

Medida Emprica

galon de Agua en 26 sec

Propiedades

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Reologa eHidrulica

Densidad

Es medido a travs de una

balanza de lodos.

Sus unidad es Lb/gal.

Propiedades

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Reologa eHidrulica

VP , YP y Geles a los 10 seg y 10 min

El esfuerzo de Corte es medido

en la tasa de corte.

PV = 600 rpm 300 rpm

YP= 300 rpm - PV

Propiedades

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Reologa eHidrulica

Filtrado API y revoque

Simula el filtrado hacia la

formacin con 100 psi de

diferencial durante 30 min

Se determinar el espesor del

revoque.

Propiedades

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Prdidas deCirculacin y Problemas deHoyo

Pobre limpieza de Hoyo (Hidrulica)

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Reologa eHidrulica

Sistema de Circulacin

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

Es la suma de la prdida de presin en todo el sistema

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

El Factor de friccin viene en funcin de la rugosidad de la

tubera y del Nmero de Reynolds.

Para flujos Turbulentos

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

Para efectos de esta clase, se tomar la siguiente

ecuacin para determinar las prdidas de presin dentro

de las tuberas.

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Reologa eHidrulica

La prdida de Presin en la mecha es:.

Prdidas de Presin

Donde An:

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

Tubera - Anular

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Reologa eHidrulica

Perfiles de Velocidad

Flujo Tapn Flujo Laminar

Flujo de Transicin Flujo Turbulento

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Reologa eHidrulica

Velocidad Crtica

Sucede cuando el fluido pasa de laminar aturbulento.

Va Vc =>Flujo Turbulento

Va es la velocidad en el anular

Vc es la velocidad crtica

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

Velocidad Crtica

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

Velocidad en el anular

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin . Ejercicio 1

Profundidad Total: 17.193 ft

Dimetro del Hoyo 6-1/2

Densidad: 15 lpg ; PV 29, n=0,43, k 2,45

Long DC: 818 ft

OD DC: 4,8

ID DC: 1-1/2

Long DP: 16.375 ft

OD DP: 3-1/2 x 15,5 lb/ft

ID DP: 2,602

Equipos de Superficie Clase 2

Nozzels 2-11 y 1-12

Perforando con 147 gpm y 3.100 psi

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

Stand Pipe.

Hose

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

Swivel.

Kelly

Total

DESPRECIABLE

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

Drill Pipe

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

Drill Collar

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

Mecha

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

Drill Pipe- Anular

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Prdidas de Presin

Drill Pipe- Anular Velocidad Crtica

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Reologa eHidrulica

Prdidas de Presin

Drill Pipe- Anular - Velocidad

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Prdidas de Presin

Drill Collar Anular

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Prdidas de Presin

Presin de Superficie Total Requerida:

Ps =12 +1.766 +1.262 +338 +371 +51 =3.800 psi

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Prdidas de Presin . Ejercicio 2Profundidad Total: 5.600 ft

Dimetro del Hoyo 8-1/2Densidad: 8,7 lpg ;Lectura de 600 = 42, Lectura de 300 =35 (lodo viscoelstico)

Long DC: 500 ftOD DC: 6

ID DC: 1,5

Long HW: 2.190 ftOD HW: 5

ID HW: 3

Long DP: 2960 ftOD DP: 5

ID DP: 4,276

Equipos de Superficie Clase 4Nozzels 6-11 y 2-12

Perforando con 450 gpm

Determinar:L a presin mnima quedebetener la

bomba para vencer las presiones entodo el sistema

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Reologa eHidrulica

Resultados

Ejercicio 2

STANDPIPE HOSE SWIVEL KELLY DP HW DC MECHA DC-ANU HW-ANU DP-ANU DP-ANU

2 11 6 2 108 442 2.869 266 24 64 86 3.880

Ejercicio 3

STANDPIPE HOSE SWIVEL KELLY DP HW DC equipdirec MECHA DC-ED-ANU HW-ANU DP-ANU DP-ANU

4 20 22 10 184 564 30 250 266 0,4 2 4 1.357

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Reologa eHidrulica

Conclusiones

Cmo es el comportamiento de un fluido bajo en slidos conrespecto a uno alto en slidos (n)?

Dnde se pierde la mayor cantidad de presin en el sistema?

Cmo se puede determinar las prdidas de presiones en las

conexiones superficiales?

Es posible determinar la tasa de la bomba a la cual el fluidollega a ser turbulento?

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Reologa eHidrulica

HIDRAULICA

La Hidrulica puede ser maximizada usando El Mtodo de

Caballaje o Impacto.

Resumiendo

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Reologa eHidrulica

Hidrulica

La Hidrulica puede ser maximizada usando El Mtodo de

Caballaje o Impacto

.

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Reologa eHidrulica

Hidrulica

Los HP en la mecha ser maximizada:

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Reologa eHidrulica

Hidrulica

Tomando S = 1,86 (pendiente de la recta)

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Reologa eHidrulica

Hidrulica

El Mtodo de Caballaje ser maximizadocuando las prdidas de presin en el sistemade circulacin sean el35% de la mximapresin permisible en la Bomba y las prdidas

en la mecha sean 65% restante.

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Reologa eHidrulica

Hidrulica

El mtodo de Fuerza de Impacto ser:

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Reologa eHidrulica

Hidrulica

Tomando S=1,86 para maximizar el mtodo de Impacto

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Reologa eHidrulica

Hidrulica

El Mtodo de Fuerza de Impacto sermaximizado cuando las prdidas de presin enel sistema de circulacin sean el52% de lamxima presin permisible en la Bomba y las

prdidas en la mecha sean 48% restante.

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Reologa eHidrulica

Hidrulica

Manteniendo la misma presin de superficie (Psmax), la

rata de flujo puede variarse y el HP e IF pueden ser

calculados.

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Reologa eHidrulica

La tasa de flujo no puede ser calculada directamente delas prdidas por friccin en el sistema de circulacin.

Usualmente se calcula las prdidas de presin en el

sistema de circulacin con 2 ratas ygraficando Pcir vs Q

en papel log-log (lnea recta) para determinar la tasa deflujo o calcular la tasa de flujo desde la pendiente de larecta

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Reologa eHidrulica

Para disear la hidrulica del sistema, se debe determinar:

Presin mxima permisible en el sistema

Mxima tasa de bombeo, Q max

Mnima tasa de bombeo, Q mn.

La Finalidad es determinar el tamao de los Nozzels(chorros) de la mecha para poder generar la cada de

presin requerida.

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Reologa eHidrulica

1) Se debe establecer los lmites del sistema:La mxima presin de las bombas del taladro. Dado por la

contratista.

Pmx= 2500 psi

Vel mx = 110 stroke/minDesp mx = 3,3 gal/stroke

Qmx = Vel x Desp

Q mx = 110 x 3,3 = 363 gpm

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Reologa eHidrulica

2) Se harn los clculos a 9.000 ft, 12.000 ft y 15.000 ft

3) Se calcularn las prdidas de presin en el sistema de

circulacin para cualquieras 2 tasas asumidas.

Para este caso se asumir:Q1=200 gpm yQ2=500 gpm.

4) Ignorar las presiones en superficie

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Reologa eHidrulica

Para los siguientes Datos:

Profundidades: 9.000 ft, 12.000 ft y 15.000 ft

Dimetro del Hoyo 8-1/2

Densidad: 16 lpg ; PV= 25, YP=12

Long DC: 600 ftOD DC: 6,1/2

ID DC: 2,25

OD DP: 4-1/2ID DP: 3,826

Determinar el Dimetro de los Nozzels (mecha de 3 Nozzels)

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Reologa eHidrulica

Frmulas Adicionales

Clculo de la Pendiente

Tamao de los Nozzels

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Reologa eHidrulica

Frmulas Adicionales

HSI

IFSI

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Reologa eHidrulica

1) Se determinan las prdidas de circulacin del sistema

(Pc) y se grafica el valor.

Para el Drill Pipe - Interno

Q = 200 gpm @ 9.000 ft

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Reologa eHidrulica

Para el Drill Collar - Interno

Q = 200 gpm @ 9.000 ft

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Reologa eHidrulica

Se determina n y k

Q = 200 gpm @ 9.000 ft

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Se determina la Velocidad Anular - Dc

Q = 200 gpm @ 9.000 ft

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Se determina la Velocidad Anular - Dp

Q = 200 gpm @ 9.000 ft

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Se determina la Prdida de Presin en el Anular - Dc

Q = 200 gpm @ 9.000 ft

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Se determina la Prdida de Presin en el Anular - DP

Q = 200 gpm @ 9.000 ft

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Se determina las Prdidas en el Sistema

Q = 200 gpm @ 9.000 ft

Se realizan los mismos clculos para Q=500 gpm

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Resultados @ 9.000 ft:

2754

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Se Realizan los mismos clculos pero para las otras dos

profundidades 12.000ft y 15.000 ft

Se plotean los resultados en un papel Log-Log

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Se determina las Prdidas en el Sistema a travs del

Mtodo de HP

Para conexiones

Para la Mecha

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Se determina las Prdidas en el Sistema a travs del

Mtodo de Fuerza de Impacto

Para conexiones

Para la Mecha

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Mtodo de Potencia (HP)

Grficamente

De la grafica se determina

la Tasa, que es donde

la Pc max HP= 875

La tasa es la mayor,siempre y cuando no

sea mayor que la

mxima del taladro.

(259 gpm)

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Matemticamente se determina el caudal por:

Se determina la pendiente de la recta.

Se sustituye la Tasa buscada.

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Determinacin de los Nozzels

Como ya se vio

Se calcula los tamaos de los Nozzels basados en la

prdida de presin de la mecha (1625 psi) y la tasa de

flujo (259 gpm)

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Determinacin de los Nozzels

El Area Total de Flujo es:

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Determinacin de los Nozzels

El Numero de Nozzels son:

Lo Nozzels de la Mecha para el mtodo HP:10 10 - 11

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Se Realizan los mismos clculos para el Mtodo de

Impacto @ 9000 ft y 325 gpm

Se determina el HSI y el IFSI

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