20 mecánica de fluidos e hidráulica de perforación

Programa de Entrenamiento
Acelerado para Supervisores
´Fluidos e Hidráulica
Schlumberger Private
IPM 1
FLUIDOS E HIDRÁULICA
DE LA PERFORACIÓN

IPM 2
Reología
· Reo = Flujo
· Logos = Estudio
· La Reología es el estudio del flujo de fluidos.

Razones para estudiar la Reología
· Se requiere la Reología para predecir:
· Qué tan bueno es el transporte los recortes afuera del pozo
· Qué tan buena es la limpieza de los ripios en la cara de la
barrena.
· Cuáles son las pérdidas de presión en el sistema.
· Cómo se comporta el sistema de fluido con los regímenes de
flujo que se emplean en el pozo.
· En otras palabras se necesita entender la hidráulica de los
fluidos de perforación.
IPM 3

Reología
· Caracterización de los Fluidos
Reología
IPM 4
F A v + dv
v
-La fuerza de resistencia o arrastre es el esfuerzo de cortante
-La diferencia en las velocidades dividido entre la distancia
se llama la velocidad de cizallamiento.

Reología
El esfuerzo cortante y la velocidad de cizallamiento:
· Esfuerzo Cortante : Unidad : Lbf / 100 ft 2
IPM 5
Fuerza que causa el corte
área superficial de la lámina
· Velocidad de cizallamiento: Unidad : 1 / seg (segundo
recíproco)
Diferencia de velocidad entre 2 láminas
Distancia entre 2 láminas

En Unidades del sistema internacional de medidas, S.I.:
æ
æ
gm cm
2
2 sec 4.79
lbf
lbf
IPM 6
2
2
lbf
2 2
æ
ö
g
30 .48
sec
454 980
*
100 100
1
ö
÷ ÷ø
ç çè
ö
÷ø
çè
÷ ÷ø
ç çè
=
cm
ft
cm
lbf
ft
ft
Dyne
2 2
*
4.79
100
1
cm
cm
ft
= =

Viscosidad
· La viscosidad es la resistencia de un fluido a fluir
y se define como la Razón del Esfuerzo cortante
a la velocidad de cizallamiento.
dyne
IPM 7
Poise
cm
=>
·
t
= 2
sec
g
m
• La unidad “Poise” es algo grande, por lo que se
prefiere expresar la viscosidad en “Centipoise” que
es 1/100 de 1 Poise.

IPM 8
Fluidos Newtonianos
Los fluidos Newtonianos son aquellos en los cuales la viscosidad permanece
constante para todas las velocidades de cizallamiento siempre y cuando la
temperatura y la presión permanezcan constantes.
Ejemplos de Fluidos Newtonianos son: el agua, la glicerina y el aceite ligero.
El esfuerzo cortante es directamente proporcional a la velocidad de cizallamiento:
t
g
m =
Esfuerzo
Cortante
Velocidad de
Cizallamiento

IPM 9
Fluidos No Newtonianos
•Los fluidos no newtonianos no muestran una proporcionalidad directa
entre el esfuerzo de cortante y la velocidad de cizallamiento. La mayoría
de los fluidos de perforación son no newtonianos.
•La gráfica que se muestra es un ejemplo un fluido no Newtoniano.
• La viscosidad de un fluido no Newtoniano se conoce como la viscosidad
efectiva y para obtener su valor se debe especificar una velocidad de
cizallamiento específica.

IPM 10
Modelo Plástico de Bingham
Se han desarrollado varios modelos matemáticos para simular la reología de
los fluidos de perforación. El que se usa más ampliamente en el campo es el
Modelo Plástico de Bingham.
Este modelo supone un comportamiento lineal de la relación entre el esfuerzo
cortante y la velocidad de cizallamiento, pero la línea no cruza el origen como
sucede con los fluidos Newtonianos.
Esfuerzo
Cortante
Velocidad de
Cizallamiento

IPM 11
La ecuación del modelo plástico de Bingham está dada por:
Esfuerzo
Cortante
Velocidad de
Cizallamiento
p y t = m g +t
y t
La intercepción con el eje “y” se conoce como el Punto de Cedencia
y es el esfuerzo que se requiere para hacer que el fluido se ponga en
movimiento.
La pendiente de la curva se conoce como la Viscosidad Plástica.
Pendiente = PV
Intercepción = YP
Punto de Cedencia

IPM 12
Viscosidad Plástica, PV:
Los lodos de perforación normalmente están compuestos por una fase
líquida continua en la cual están dispersos los materiales sólidos. La
Viscosidad Plástica es la resistencia al flujo relacionada con la fricción
mecánica que es causada por:
•La concentración de sólidos.
•El tamaño y forma de los sólidos.
•La viscosidad de la fase líquida.
En el campo la PV se considera como una guía para el control de sólidos.
Se incrementa conforme el porcentaje volumétrico de sólidos se incrementa
o si el porcentaje volumétrico permanece constante pero el tamaño de
partículas disminuye.
Por lo tanto, la PV se puede reducir al reducir la concentración de sólidos o
disminuyendo el área superficial.

IPM 13
Punto de Cedencia, YP - El punto de cedencia es la resistencia inicial al
flujo debida a las fuerzas electroquímicas entre las partículas. Estas fuerzas
son causadas por las cargas localizadas en la superficie de las partículas
dispersas en la fase fluida. El punto de cedencia depende de:
•Las propiedades superficiales de los sólidos en el lodo.
•La concentración volumétrica de los sólidos.
•El ambiente iónico del líquido que rodea a los sólidos.
El YP se puede controlar por medio de un tratamiento químico adecuado.
•Las cargas positivas en las partículas se pueden neutralizar por la
adsorción de grandes iones negativos. Estos pueden ser aportados por
productos químicos como: taninos, lignitos, lignosulfonatos, etc.
•En caso de contaminación de iones como calcio o magnesio, estos se
pueden remover como precipitados insolubles.
•La dilución con agua también puede reducir el YP. Sin embargo, si la
concentración de sólidos es demasiado elevada no va a ser efectiva.

IPM 14
Medición de la Reología
Las propiedades
reológicas de los
fluidos de perforción
se determinan en
equipos como el
mostrado aquí,
llamado Reómetro o
Viscosímetro
Rotacional
láminas
paralelas
infinitas

CILINDRO t = f (g )
(TAU), el esfuerzo cortante, depende del valor
g
t
IPM 15
Reometro (Viscosímetro Rotacional)
·Esfuerzo de Cortante = f (Lectura observada)
·Velocidad de cizallamiento = f (RPM de la cubierta)
·Esfuerzo de Cortante = f (Velocidad de Cizallamiento)
Cubierta
fluido
de (GAMMA), la velocidad de cizallamiento

Dinas Tiene unidades de
IPM 16
Viscosímetro Rotacional
· La plomada y el cilindro están dispuestos de tal forma que
cuando las RPM vistas en la escala, al ser multiplicadas por
una constante (1.7) tienen unidades de segundos recíprocos.
· La lectura observada x 1.0678 = (lb/100ft2)
ö multiplicado por 5.11 ( 1.0678 x 4.79 )
lo convierte a dinas/cm2
Poise
cm Sec
Lectura x
1.0678 x 4.79
Þ 2 - 1 RPM de la Camisa x 1.7 x

Reómetro – Caso base
IPM 17
RPM seg-1
3 5.11
6 10.22
100 170
200 340
300 511
600 1022
RPM x 1.703 = seg-1

Velocidades de Cizallamiento típicas en un Pozo
Loclización Velocidad de Cizallamiento (sec-1)
Tub. de Perf. 100-500
Lastra barrena 700-3000
Toberas de la barrena 10,000 – 100,000
Eapacio Anular 10 - 500
Presas de Lodo 1 - 5
IPM 18

De Regreso al Modelo Plástico de Bingham
IPM 19

PV =Pendiente, YP = Intersección
PENDIENTE INTERSEPTO
f -
f
Pendiente x x
= -
=
Yp
PV
= -
Yp PV
f -
f
600 300
Pendiente x
5.11
estatendráunidadesdePoise
en Centipoises
-
5.11
600 300
Pendiente x x
3 100
600 300
= = -
Pendiente PV
Unidades cp
IPM 20
x x
=
-
=
-
=

-
=
600 300
300
100
1.7
600 300
1.7
600 300
f f
f f
f f
300
300 0
lbf
100 2
0
300 0
100
5.11
1.7
300 0
pie
=
Unidades
-
=
f
f
f f

Limitaciones del Modelo Plástico de Bingham
Los fluidos de perforación típicos tienen valores más bajos a
velocidades de cizallamiento bajas. Por lo tanto, el modelo
plástico de Bingham no funciona para predecir la reología del
lodo en el espacio anular por ejemplo.
IPM 21

Otros Parámetros que se Miden con el Viscosímetro Fann VG
LSRYP: Low Shear Rate YP
Punto de cedencia a baja velocidad de cizallamiento – Medida de
la viscosidad del lodo a baja velocidad de cizallamiento. Mide la
capacidad del lodo para transportar recortes en el espacio anular.
Mientras más grandes sean los recortes más elevado será el
valor LSRYP requerido. Se calcula con la expresión:
IPM 22
LSRYP =(f3x2) -f6
Como una regla práctica el LSRYP debe estar cerca al diámetro
del pozo en pulgadas.

Fuerza de Gel – Fuerzas de Gel de 10 seg y 10 minutos indican
las fuerzas de atracción desarrolladas en el fluido cuando se
encuentra bajo condiciones estáticas durante dichos intervalos de
tiempo. Los valores excesivos son una indicación de que hay una
alta concentración de sólidos. La gráfica muestra los tipos de
fuerza de gel.
IPM 23

Se usa para encontrar la viscosidad real a unas RPM dadas.
300f600 f
m = = a
Viscosidad Efectiva =
IPM 24
N
N
e
f
m
300
=
Viscosidad aparente =
600
2
600
Es un indicador de que individualmente o en forma simultánea
el YP y la PV están incrementando

IPM 25
Ejemplo de cálculo
· Dadas las lecturas del Viscosímetro Fann V – G de:
64 @ 600 RPM
40 @ 300 RPM
Calcular la PV, el YP y la Viscosidad Aparente a 600 y la
viscosidad efectiva a 300 RPM
PV = f f
600 - 300 = 64 – 40 = 24
YP = f
300 – PV = 40 – 24 = 16
Visc. Ap.@ 600 = 300 x lectura@ 600/rpm= 300x64/600 = 32
Visc. Efect.@ 300 = 300 x lectura@300/300 = 40

Modelo de la Ley de Potencia – Se utiliza para simular el comportamiento de
fluidos de perforación basados en polímeros que no tienen un esfuerzo de
cedencia. (por ejemplo las salmueras transparentes viscosificadas).
La ecuación general para este modelo es: t =Kg n
K es el índice de consistencia, “n” es el índice de comportamiento de
flujo. 0 < n < 1.0 Tanto K como n son particulares para cada fluido.
Modelo de la Ley de Potencia
IPM 26
Otros Modelos de Reología
Newtoniano
velocidad de
cizallamiento
Esfuerzo Cortante

3.32 log
IPM 27
t =Kgn
600
f
“n” se puede obtener de : 300
f
n =
y sus unidades son adimensionales.
511 *f 300
=
“K” se puede obtener de : n K
511
y sus unidades están en centipoise.

Modelo de la Ley de Potencia Modificado = Modelo Herschel-Bulkley
Modelo usado para simular el comportamiento de la mayoría de
los fluidos de perforación. Toma en cuenta el esfuerzo de cedencia
para iniciar el flujo, que tiene la mayoría de los fluidos.
n
t =ty +Kg
Modelo de Ley de Potencia Modificado
IPM 28
Velocidad de Cizallamiento
Esfuerzo
Cortante
Newtoniano

IPM 29
n
t =ty +Kg
Los valores para “K” y “n” se obtienen en la misma forma que
para el modelo de la ley de potencia para flujo en tubería; sin
embargo varían ligeramente para flujo anular. Esto se va a
mostrar posteriormente.

Ejercicio para Fluido Newtoniano
( Ejercicio 4.16 del Libro de texto Applied Drilling Engineering)
· Área de la lámina superior = 20 cm2
· Distancia entre láminas = 1 cm
· Fuerza requerida para mover
la lámina superior a 10 cm/s= 100 dynes.
· ¿Cuál es la viscosidad del fluido?
IPM 30

SOLUCIÓN AL EJERCICIO 4.16
esfuerzoc or tan
te F A
= = =
-
/
dina s
IPM 31
100/20 dinas/cm
0.5 0.5 poise
5
10
2 =
= =
cm
1 -
2
10/1 seg
/
Velocidad de Corte
V L
m
m = 50 cp

Ejercicio para Fluido Plástico Bingham
( Ejercicio 4.17 del libro de texto ADE )
·Fluido Plástico Bingham
·Área de la lámina superior= 20 cm2
·Distancia entre las láminas= 1 cm
· 1. Fuerza Min. Para hacer mover la lámina = 200 dinas
· 2. Fuerza para mover la lámina a 10 cm/s = 400 dinas
· Calcular el Punto de Cedencia y la Viscosidad Plástica
IPM 32

SOLUCIÓN AL EJECICIO 4.17
200
dinas
y t = = =
lbf
p =
y t = = 2.09 lbf/100 pie 2
· Punto de cedencia:
IPM 33
dinas
2 2 10
20
cm
cm
Fy
A
dinas
2 2 4.79
100 p
ero 1
cm
ie
10
4.79

p m
t t m g y p = +
está dado por
200 dinas
· Viscosidad plástica,
= + æ
-
dina s
10 cm/s
2 =
1 1 poise
400 dinas
IPM 34
SOLUCIÓN AL EJERCICIO 4.17
-
20 10
10
=
i.e. 100 cp p m =
=
cm
p m
ö
÷ø
çè
1 cm
20 cm
20 cm
2 2 p m

Ejercicio para Fluido de Ley de Potencia
( Ejercicio 4.18 del libro de texto ADE)
· Fuerza sobre la lámina superior = 50 dinas si v = 4 cm/s
· Fuerza sobre la lámina superior = 100 dinas si v = 10 cm/s
· Calcular el índice de consistencia (K) y
· el índice de comportamiento de flujo (n)
IPM 35

4
4 4
50
= æ
2 .5 4
IPM 36
Solución para el Ejemplo 4.18
· v = 4 cm/s
( )n
n
n
K
K
K
1
20
=
÷øö
çè
=
×
t g
· Fuerza sobre la lámina superior
= 50 dinas si V = 4 cm/s
(i)

× · Área de la lámina superior = 20 cm2
t = g
100
IPM 37
Solución al Ejemplo 4.18
· v = 10 cm/s
10
( )n
n
n
10 10
5 K 10
1
K
20
K
=
ö
÷ø
çè= æ
· Fuerza sobre la lámina superior
= 100 dinas , si V = 10 cm/s
(ii)

Solución al Ejemplo 4.18
· Despejando K y sustituyendo en ii
encontramos que n es :
2.5
de i K
.... : n
log 2 log 2.5
IPM 38
4
n
=
=
n = 0.7565
( )n 2.5 = K 4 (i)
( )n (ii) 5 = K 10

Ejemplo de Solución 4.18
K n 0.7565 = = =
· De la Ecuación (ii):
IPM 39
( )n 5 = K 10 (ii)
0.8760 eq. poise
10
5
5
10
K = 87.6 eq.cp.
L Br

Reología – Flujo de Tapón
Perfil de Velocidad ( Movimiento en flujo de tapón)
La velocidad es igual en el centro y en la pared.
Tipos de Flujo
IPM 40

Reología – Flujo Laminar
Tipos de Flujo
IPM 41
Perfil de Velocidad ( Movimiento deslizante )
La velocidad es máxima en el centro

Reología – Flujo Turbulento
Perfil de Velocidad ( Movimiento en remolinos, pero un perfil plano)
Velocidad promedio de partículas es uniforme (no cerca de la pared).
Tipos de Flujo
IPM 42

¿Flujo Turbulento o Laminar?
Reología – Velocidad Crítica
IPM 43
Flujo Turbulento
Flujo Laminar
Punto de transición
Velocidad crítica
Velocidad de Cizallamiento
Esfuerzo de cortante

¿Flujo Turbulento o Laminar?
Reología – Número de Reynolds
· El número de Reynolds toma en consideración los
factores básicos del flujo en la tubería:
· La tubería, el diámetro, la velocidad promedio, la
densidad del fluido y la viscosidad del fluido.
· Re = Velocidad x diam del tubo / diámetro del espacio
anular x densidad / viscosidad efectiva del fluido
· Laminar < 2100 - Transición - 3000 < Turbulento
El régimen de flujo particular de un fluido de perforación durante la
perforación puede tener un efecto importante en parámetros tales
como pérdidas de presión, limpieza del fondo y estabilidad del pozo.
IPM 44

Hidráulica del Equipo de Perforación
· Objetivos
· Introducción a la hidráulica del equipo de perforación
· Cálculos hidráulicos
· Optimización de los aspectos hidráulicos
· Contenido:
IPM 45

Al final de este Módulo USTED va podrá entender:
1. El sistema de circulación
2. Ejemplos de cálculos
3. La optimización de la hidráulica de perforación
Objetivos
IPM 46

· Sistema de Circulación:
IPM 47
Hidráulica de la Perforación
Bomba
de lodos
Tubería de
Perforación
Espacio Anular
Barrena
Tubería de Revestimiento
& cemento
Agujero Abierto
Barrena
presa

Presiones en el Sistema Circulante
IPM 48
P6
Pdp
PSuperf
Pdc
Pbarrena
Padp
Padc
PBomba

Las caídas de presión en el sistema son
PBomba = PSuperf + Pdp + Pdc + Pde barrena +Padp + Padc
IPM 49
Pérdidas de Presión
Reacomodando
PBomba = Pbarrena+(PSuperf. + Pdp + Pdc +Padp + Padc )
Todas las pérdidas de presión que están del lado derecho
de la pérdida de la barrena con frecuencia se llaman las
pérdidas «Parásitas »
PT = Pbit +Pc

Cálculo de las Pérdidas de Presión
· Pérdidas de Superficie
· Pérdidas en la Sarta – Modelo Plástica de Bingham
· Pérdidas en la Sarta – Modelo de la Ley de Potencia
· Caída de Presión a través de la Barrena
IPM 50

Pérdidas de presión en los Equipos de Superficie
En la práctica, únicamente hay sólo cuatro tipos de Equipos de
Superficie. Cada tipo se caracteriza por las dimensiones del “stand
pipe”, la kelly, la manguera rotaria y la unión giratoria. La tabla que
sigue resume los cuatro tipos de Equipo de Superficie y su
equivalencia en longitud con una tubería de 3.826 pulgadas de ID.
IPM 51

· Pérdidas en Superficie
· Pérdidas de Sarta con el modelo Plástico de Bingham
· Pérdidas de Sarta de Ley de Potencia
IPM 52

Modelo Plástico de Bingham (Tubería)
Determine la velocidad promedio y la velocidad crítica ( y Vc):
+ + r
PV PV D YP
A. Flujo en la Tubería
IPM 53
..... / min
24.5
Q
2 pie
D
V =
.... / min
97 97 2 8.2 2
pie
D
Vc
r
=
V

Modelo Plástico de Bingham (Tubería)
Si V > Vc, el flujo es turbulento; utilice
r 0.75 1.75 m 0.25 r m
0.75 1.75 0.25
Q L
L *
YP
= =
m
P ..
IPM 54
Si V < Vc, el flujo es laminar; utilice
psi
D
L V
D
225
1500 2 = +
psi
v
P ..
8624 * d
1800 * d
L
4.75
1.25

Modelo Plástico de Bingham (Espacio Anular)
Determine la velocidad promedio y la velocidad crítica ( y Vc):
24 .5
2 2 pie
D OD
+ + r
PV PV D YP
B. Flujo Anular
IPM 55
.... /min
97 97 2 6.2 ( 2 )
pie
D
Vc
e
e
r
=
..... / min
Q
V
h -
=
donde: De = Dh - OD
V

Modelo Plástico de Bingham (Espacio Anular)
Si V > Vc, el flujo es turbulento; utilice
0.75 1.75 0.25
v
P ..
-
Si V < Vc, el flujo es laminar; utilice
L YP
L V
1000 ( d d
) 2 1
IPM 56
( )
200 ( )
2
2 1 d d
P
-
+
-
=
m
( ) psi
1396 * d d
L
1.25
2 1
=
r m

· Pérdidas en Superficie
· Pérdidas de Sarta Plástica de Bingham
· Pérdidas de Sarta con la Ley de Potencia Modificado
· Caída de presión a través de la Barrena
IPM 57

Pérdidas de Sarta con la Ley de Potencia Modificado
El modelo de la Ley de Potencia Modificado o Modelo de
Herschel-Bulkley es el modelo matemático que describe mejor
el comportamiento de los fluidos de perforación.
IPM 58

Pérdidas de Presión dentro de la Tubería
IPM 59
Factor de fricción de Fanning

Pérdida de Presión dentro de la Tubería
IPM 60
D = Diámetro interno del tubo (pulgadas)

Pérdidas de Presión en el Espacio Anular
IPM 61

Pérdidas de Presión en el Espacio Anular
IPM 62

· Cuando se calculan las pérdidas de presión utilizando el
modelo de la Ley de Potencia modificado, la siguiente
secuencia se debe usar para cada uno de los intervalos de
tubería y de espacio anular, utilizando las ecuaciones para el
tubo y el espacio anular de manera correspondiente:
1. Derive las lecturas q600 y q300 de PV & YP.
2. Derive la lectura q100 de las lecturas q600 y q300.
3. Encuentre los parámetros n y k
4. Obtenga la velocidad global promedio
5. Encuentre la viscosidad efectiva ( μe )
6. Encuentre el número de Reynolds. ( Nre )
7. Obtenga el factor de fricción de Fanning.
8. Calcule la pérdida de fricción para la sección especificada.
IPM 63
Cálculos Hidráulicos

· Pérdidas de Superficie
· Pérdidas de Sarta Plástica de Bingham
IPM 64

Cálculo de la hidráulica en la Barrena
· Pérdida de Presión a través de las Toberas de la Barrena;
En tér os de Toberas avos
min (1/ 32" )
12.51
Q
2
1 ....
æ
r
En ter os de TFA pu
min ( lg )
ö
b xA
P
IPM 65
DPb , Pérdida de presión en la barrena en psi
Q , Velocidad de bombeo en gpm
Nn , Diámetro de toberas en 1/32 de pulgada
r , densidad de lodo en ppg
2
2
104.24
ö
÷ ÷ø
æ
ç çè
=
t
Q
P
r
2
2 2
3
2
2
÷ ÷ø
ç çè
+ + +
=
n
b N N N N
D
D

Cálculo de la hidráulica en la Barrena
· Velocidad de chorro o tobera.
·Nota: Aunque se puede correr más de un tamaño de tobera en una barrena,
la velocidad de tobera va a ser la misma para todas la toberas:
El área de flujo total
se puede obtener de :
418 .3
Otra ecuación para la velocidad
de las toberas es:
IPM 66
2
n D
Q
Vn
S
=
· donde:
· Vn , velocidad en la tobera en pies/seg
· Q, velocidad de bombeo en gpm
· .S Dn
2
, suma de los diámetros de la tobera
al cuadrado en 1/32 de pulgada.
r
b
n
P
V
D
= 33.4
Q
n V
A = 0.32

Cálculos Hidráulicos Ejercicio # 1
121/4 ” pozo = 9000 pies
13 3/8” a = 7980 pies 72# P110
Q = 500 gpm
Peso de Lodo = 17.5 lb/gal
PV = 40
YP = 30
3 RPM lectura = 8
Tubería de Perforación = 5” ( 4.276 ” ID )
Collares de perforación = 8” ( 3” ID ) , 350 pies
Presión de bombeo máxima = 3500 psi
Equipo de Superficie Caso 3.
Calcule: 1. Las pérdidas de presión totales 2. Perd de P. en la barrena
IPM 67
3. Tamaños de tobera 4. ECD
USE AMBOS MODELOS EL DE BINGHAM Y EL DE LEY DE POTENCIA MODIFICADO

En general, los aspectos hidráulicos de la barrena se optimizan para
mejorar la velocidad de perforación; sin embargo, hay muchos factores que
afectan la velocidad de perforación:
• Tamaño de la barrena
• Tipo de la barrena
• Características de la barrena
• Tipo y resistencia de la formación
• Aspectos hidráulicos de la barrena
El objetivo de la optimización hidráulica es obtener un buen equilibrio en
controlar las presiones en el pozo, el gasto o tasa de bombeo, la limpieza
del pozo, la presión de bombeo, ECD y la caída depresión a través de la
barrena.
La presión y la velocidad de circulación máximas son restricciones
limitadas ligadas a las capacidades del equipo de perforación.
IPM 68

Cálculos Hidráulicos Ejercicio # 2
Si la profundidad total de la sección de pozo de 12 ¼” está a
14,000 pies, y el objetivo era perforar toda la sección con una
barrena, ¿qué tamaño de toberas escogería? (suponga que la
tasa de bombeo y la reología del lodo permanecen
constantes).
IPM 69

En general la meta es usar del 50% al 65 % de la presión de circulación
máxima permisible en la barrena.
• Se considera que el sistema está optimizado para fuerza de impacto
cuando la pérdida de presión en la barrena se aproxima al 50 %
• Se considera que el sistema está optimizado para potencia hidráulica
cuando la pérdida de presión en la barrena se aproxima a 65 %.
IPM 70

La siguiente gráfica tomada del manual de MIDF ilustra la diferencia entre
optimizar para potencia hidráulica y para fuerza de impacto.
IPM 71

IPM 72
Cálculos de Presión Ejercicio # 3
¿Cuál es el porcentaje de caída de presión a través de la
barrena en los ejercicios 1 y 2?
Si el ejercicio # 2 fuera continuado, cuál sería la presión de
bombeo al perforar a 9000 pies ? ¿Qué podría usted hacer
para aprovechar esta situación?

· HHP en la barrena = (DPb Q ) / 1714
· Potencia Hidráulica;
· Donde;
IPM 73
· HHP , potencia hidráulica,
· .DPb , pérdida de presión en la barrena en psi,
· Q , gasto o caudal de la bomba en gpm.
· HHP en la bomba = (DPt Q) / 1714
· Donde;
· HHP , potencia hidráulica,
· DPt , pérdida de presión total en psi ( SPP),
· Q , gasto o caudal de la bomba en gpm.

Potencia hidráulica por pulgada cuadrada de área de la barrena ( HSI )
Hay un término que se usa en la hidráulica de perforación para tener
una mejor idea de la magnitud de la potencia hidráulica. A este término
se le llama potencia hidráulica por pulgada cuadrada de área de cara de
la barrena (H.S.I, por sus siglas en inglés) y básicamente se obtiene al
dividir la potencia hidráulica entre el área del diámetro del pozo que está
perforando la barrena.
H.S.I = HHP disponible en la barrena/área de la cara de la barrena
IPM 74

IPM 75
Calcule la Potencia Total, la Potencia en la Barrena y el H.S.I.
para el Ejercicio1, 2 y la segunda pregunta del ejercicio 3.

Cálculos de la hidráulica en la Barrena
· Fuerza de Impacto del Chorro;
r n
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· La fuerza que ejerce el fluido al salir por debajo de
la barrena,
· Se expresa como:
1930
i
QV
F =
Donde:
Fi , la fuerza del impacto de chorro en libras
Q, gasto o tasa de bombeo en gpm,
Vn , velocidad del chorro en las toberas en pies/seg
r , densidad de lodo en ppg

IPM 77
Calcule la fuerza de impacto de chorro para los ejercicios
1, 2 y la segunda pregunta del ejercicio 3.

IPM 78
Realice el ejercicio 1 utilizando “drilling office” de tal manera que:
•Se realicen dos corridas de barrena.
•Cada corrida de barrena se optimice para H.S.I.
¿Cuáles son las configuraciones de tobera en cada corrida y a
qué profundidad se debe realizar el viaje para cambiar las
toberas?

IPM 79
Fin del Módulo

20 mecánica de fluidos e hidráulica de perforación

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