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“HIDRÁULICA DE PERFORACIÓN”
GERENCIA NACIONAL DE FISCALIZACIÓN
VILLA MONTES – BOLIVIA
NOVIEMBRE 2021

HIDRÁULICA DE PERFORACIÓN
• FUNDAMENTOS TEÓRICOS
• MODELOS REOLÓGICOS
• CÁLCULOS HIDRÁULICOS

FUNDAMENTOS TEÓRICOS
HIDRÁULICA DE PERFORACIÓN:
Estudio de las propiedades y comportamiento de los líquidos en
condiciones estáticas y dinámicas. observa y analiza las propiedades
mecánicas de los líquidos dependiendo de las fuerzas a las que son
sometidos.
OBJETIVOS
• Comportamiento del fluido en las secciones del pozo.
• Determinación de las caídas de presión del sistema.
• Optimización del régimen de penetración.
• Determinación de las densidad equivalente de circulación.
• Limpieza de pozo.

• REOLOGÍA:

• REGIMEN DE FLUJO:
• NUMERO DE REYNOLDS:
El número de Reynolds es un número adimensional utilizado para determinar
si un fluido fluye con un flujo laminar o turbulento.
Nre: Numero de Reynolds
Di: Diámetro hidráulico
P : Densidad
μ : Viscosidad
V: velocidad del fluido

• FLUJO TAPÓN:
Flujo de tapón (de pistón) En mecánica de fluidos, flujo de pistón es un modelo simple del
perfil de velocidades de un fluido que. fluye en una tubería. El flujo de pistón, la velocidad
del fluido se supone que es constante a través de cualquier sección transversal de la
tubería perpendicular al eje de la tubería.

• FLUJO LAMINAR:

• FLUJO TURBULENTO:

• FLUJO DE TRANSICIÓN:
En flujo turbulento, las partículas del agua se mueven en trayectorias irregulares,
que no son suaves ni fijas, pero que en conjunto todavía representan el movimiento
hacia delante de la corriente entera. Entre los estados de flujo laminar y turbulento
existe un estado mixto transicional.

• VISCOSIDAD (μ):
La viscosidad de un fluido es una medida de su resistencia a las
deformaciones graduales producidas por tensiones cortantes o
tensiones de tracción en un fluido

VISCOSIDAD DE EMBUDO:

VELOCIDAD DE CORTE (SEG^-1)
Esta relación entre la velocidad de corte y el esfuerzo de corte
para un fluido define la manera en que dicho fluido corre. La
Figura 1 es una representación simplificada de dos capas de
fluido (A y B) que se mueven a diferentes velocidades cuando
se aplica una fuerza. Cuando un fluido está fluyendo, hay una
fuerza en el fluido que se opone al flujo. Esta fuerza se llama
esfuerzo de corte. Se puede describir como un esfuerzo de
fricción que aparece cuando una capa de fluido se desliza
encima de otra. Como el corte ocurre más fácilmente entre
capas de fluido que entre la capa exterior del fluido y la pared
de una tubería, el fluido que está en contacto con la pared no
fluye. La velocidad a la cual una capa pasa por delante de la
otra capa se llama velocidad de corte. Por lo tanto, la velocidad
de corte (γ) es un gradiente de velocidad.
ESFUERZO DE CORTE:
El esfuerzo de corte (τ) es la fuerza requerida para mantener la
velocidad de corte. El esfuerzo de corte está expresado
en unidades estándar del campo petrolífero, es decir las libras
de fuerza por cien pies cuadrados (lb/100 pies2)
requeridas para mantener la velocidad de

VISCOSIDAD EFECTIVA (CP):
La viscosidad de un fluido no newtoniano cambia con el esfuerzo de
corte. La viscosidad efectiva (μe) de un fluido es la viscosidad de un
fluido bajo condiciones específicas. Estas condiciones incluyen la
velocidad de corte, la presión y la temperatura.
VISCOSIDAD APARENTE (CP)
La viscosidad efectiva a veces es llamada Viscosidad Aparente (VA).
La viscosidad aparente está indicada por la indicación del
viscosímetro de lodo a 300 RPM (Θ300) o la mitad de la indicación
del viscosímetro a 600 RPM (Θ600). Cabe indicar que ambos valores
de viscosidad aparente concuerdan con la fórmula de viscosidad:
Lectura Viscosímetro
Velocidad Rotacional

VISCOSIDAD PLASTICA(CP)
La viscosidad plástica se describe generalmente como la parte de la resistencia al
flujo que es causada por la fricción mecánica. La viscosidad plástica es afectada
principalmente por:
• La concentración de sólidos.
• El tamaño y la forma de los sólidos.
• La viscosidad de la fase fluida.
• La presencia de algunos polímeros de cadena larga (POLY-PLUS®,
• hidroxietilcelulosa (HEC), POLYPAC®, Carboximetilcelulosa (CMC)).
• Las relaciones aceite-agua (A/A) o Sintético-Agua (S/A) en los fluidos de emulsión
inversa.

PUNTO CEDENTE O YIEL POINT (LBS/100FT^2)
El punto cedente, segundo componente de la resistencia al flujo en un fluido
de perforación, es una medida de las fuerzas electroquímicas o de atracción
en un fluido. Estas fuerzas son el resultado de las cargas negativas y
positivas ubicadas en o cerca de las superficies de las partículas. El punto
cedente es una medida de estas fuerzas bajo las condiciones de flujo.
VISCOSIDAD A VAJA TAZA DE CORTE LSRV:
A través de numerosos estudios de laboratorio y en base a la experiencia de
campo, se ha determinado que los alores de viscosidad a baja velocidad de
corte (6 y 3 RPM) tienen un mayor impacto sobre la limpieza del pozo que el
punto cedente, además de proporcionar la suspensión de barita bajo
condiciones tanto dinámicas como estáticas

TIXOTROPIA Y ESFUERZO DE GEL:
La tixotropía es la propiedad demostrada
por algunos fluidos que forman una
estructura de gel cuando están estáticos,
regresando luego al estado de fluido
Cuando se aplica un esfuerzo de corte.
Las indicaciones de esfuerzo de gel
tomadas con el viscosímetro FANN (VG) a
intervalos de 10 segundos y 10 minutos, y
a intervalos de 30 minutos para las
situaciones críticas, proporcionan una
medida del grado de tixotropía presente
en el fluido. La resistencia del gel
Tormado depende de la cantidad y del
tipo de sólidos en suspensión, del
tiempo, de la temperatura y del
tratamiento químico.

TIPOS DE FLUIDOS:
FLUIDO NEWTONIANO:
• La clase más simple de fluidos es la
clase de fluidos newtonianos. Los
fluidos de base (agua dulce, agua
salada, aceite diesel, aceites minerales
y sintéticos) de la mayoría de los
fluidos de perforación son
newtonianos. En estos fluidos, el
esfuerzo de corte es directamente
proporcional a la velocidad de corte.

FLUIDOS NO NEUTONIANOS:
Esto significa que un fluido no newtoniano no tiene ninguna viscosidad única o constante que
pueda describir su comportamiento de flujo a todas las velocidades de corte. Para describir la
viscosidad de un fluido no newtoniano a una velocidad de corte en particular, se usa una
“viscosidad efectiva”. La viscosidad efectiva se define como la relación Pendiente de esfuerzo de
corte a velocidad de corte, a una velocidad de corte determinada.
• FLUIDOS REOPECTICOS
• FLUIDOS TIXOTROPICOS
FLUIDOS REOPECTICOS: La reopexia es la rara propiedad de algunos fluidos no
newtonianos de mostrar variaciones dependientes con el tiempo de su viscosidad; así, cuanto más
tiempo se encuentra el fluido en cuestión bajo la influencia de esfuerzos cortantes, mayor es su
viscosidad.
FLUIDOS DILATANTES: son aquellos fluidos que aumentan su viscosidad al aumentar la
velocidad de deformación aplicada. Como ejemplo podríamos citar el almidón de maíz.

FLUIDOS TIXOTRÓPICOS: Tixotropía es la
propiedad de algunos fluidos no newtonianos
y pseudoplásticos que muestran un cambio
de su viscosidad en el tiempo. Definimos
un fluido tixotrópico como un fluido que
tarda un tiempo finito en alcanzar una
viscosidad de equilibrio cuando hay un
cambio instantáneo en el ritmo de cizalla.
FLUIDOS PSEUDOPLÁSTICOS: son aquellos
fluidos que disminuyen su viscosidad al aumentar
la velocidad de deformación aplicada. Como
ejemplo podríamos citar zumos de frutas y
diversas emulsiones.

MODELO DE FLUJO PLASTICO DE BINGHAN:
Este modelo describe un fluido en el cual se requiere una fuerza finita Para
iniciar el flujo (punto cedente) y que luego demuestra una Viscosidad constante
cuando la velocidad de corte aumenta viscosidad plástica). La ecuación para el
modelo de Flujo Plástico de Bingham es la siguiente:
MODELOS REOLÓGICOS

MODELOS REOLÓGICOS
MODELO DE LEY EXPONENCIAL:
• El modelo de Ley Exponencial es más complicado que el modelo de Flujo Plástico de
Bingham porque no supone que existe una relación lineal entre el esfuerzo de corte y la
velocidad de corte. Sin embargo, como para los fluidos newtonianos, las curvas de esfuerzo
de corte vs. velocidad de corte para los fluidos que obedecen a la Ley Exponencial pasan
por el punto de origen.

MODELOS REOLÓGICOS
El índice “n” de Ley Exponencial indica el grado de comportamiento no newtoniano de un fluido sobre un rango determinado de velocidades
de corte.
El índice de consistencia “K” es la viscosidad a una velocidad de corte de un segundo recíproco (seg-1). Este índice está relacionado con la
viscosidad de un fluido a bajas velocidades de corte. La eficacia con la cual un fluido limpia el pozo y Suspende los materiales densificantes y
los recortes puede ser mejorada aumentando el valor de “K”. El índice de consistencia “K” está generalmente expresado en lb-seg-n/100 pies2,
pero también se puede expresar en otras unidades

MODELOS REOLÓGICOS
MODELO DE LEY EXPONENCIAL MODIFICADA:
• API ha seleccionado el modelo de Ley Exponencial como modelo estándar. Sin embargo, el modelo de Ley
Exponencial no describe totalmente a los fluidos de perforación, porque no tiene un esfuerzo de cedencia y
calcula un valor demasiado bajo de la LSRV (viscosidad a muy baja velocidad de corte). El modelo de Ley
Exponencial modificada, o modelo de Herschel-Bulkley, puede ser utilizado para tomar en cuenta el esfuerzo
requerido para iniciar el movimiento del fluido (esfuerzo de cedencia).

CONSTANTES DE FACTOR DE FRICCION
CÁLCULOS HIDRÁULICOS

CAIDAS DE PRESION EN SUPERFICIE

MODELO DE BINGHAN

MODELO DE LEY DE POTENCIA

HIDRÁULICA DE TREPANO

OPTIMIZACIÓN HIDRÁULICA

FORMAS DE OPTIMIZACIÓN HIDRÁULICA

DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACIÓN

LIMPIEZA DEL POZO

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