Limpieza de pozo

CAPACIDAD DE ACARREO DE LODOS DE PERFORACIÓN
LIMPIEZA DE POZO
SPE-951111-G-P REV: A
Traducc-Gabriel CIRVINI
29/05/2015 Página 1 de 17
CAPACIDAD DE ACARREO DE LODOS DE
PERFORACION
La tendencia hacia la perforación más profunda, junto con el aumento de los requisitos de energía para la
circulación del fluido de perforación, ha hecho hincapié en la necesidad de un examen crítico de los
factores que afectan a la eliminación de recortes del pozo por el lodo. La capacidad de los fluidos de
perforación para levantar los recortes se llama capacidad de acarreo.
Una serie de experimentos de laboratorio y de campo se ha llevado a cabo para determinar la velocidad
anular mínima necesaria para remover los recortes, y para investigar los efectos de las propiedades de los
fluidos de perforación y su capacidad de acarreo. La evaluación de los resultados de estos experimentos
condujo a las siguientes conclusiones:
1. El flujo turbulento en el espacio anular del pozo es más deseable desde el punto de vista de remoción
de cuttings.
2. Baja viscosidad y bajas resistencias de gel son ventajosas en la eliminación recortes(cuttings).
3. Aumento de la densidad del lodo provoca aumento de capacidad de acarreo.
4. La capacidad de acarreo es mayor cuando se hace girar la sarta que cuando permanece quieta.
5. Si el flujo turbulento se puede mantener, una velocidad anular ligeramente superior a la velocidad de
deslizamiento (slip) de los recortes más grandes a ser removidos es suficiente para mantener el pozo
limpio. Esto implica velocidades de 100 a 125 pies por minuto, en lugar de los actualmente 175 a 225 pies
por minuto utilizados.
INTRODUCCIÓN
Ahorro de energía mediante la reducción de velocidades anulares
Una gran parte de la potencia consumida en las operaciones de perforación se consume en la circulación
del fluido de perforación. Un importante factor para establecer la velocidad de circulación de lodo es la
mínima velocidad en el espacio anular necesaria para sacar los recortes.
Empíricamente, se ha encontrado que velocidades anulares de lodo promedio de unos 200 pies por
minuto quitan los recortes.
No se sabe con certeza, si las velocidades anulares de 200 pies por minuto son justo el límite inferior
necesario para quitar los recortes, o si tales velocidades podrían reducirse sustancialmente sin sacrificio
de la capacidad de acarreo del lodo para eliminar los recortes. Es evidente que si las velocidades anulares
se redujeran sin afectar el acarreo de cuttings, un considerable ahorro de energía tendría lugar.

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 2 de 17
Necesidad de Investigación sobre la Capacidad de Acarreo
La capacidad de un fluido de perforación para transportar los recortes se denomina capacidad de acarreo.
Aunque se ha reconocido que la capacidad de acarreo de un lodo se ve afectada por las propiedades del
mismo tales como la viscosidad y la densidad, la industria ha ensayado el impacto de estos parámetros en
la capacidad de acarreo.
La importancia económica del problema de acarreo y la escasez de información sobre el tema ha
evidenciado la necesidad de investigación.
LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE ACARREO
Determinación Cualitativa de los Factores
El mecanismo de transporte de cuttings está estrechamente relacionado con el proceso de separación de
materiales por decantación. Un considerable número de investigaciones se ha hecho en torno a
problemas de decantación, y las discusiones de la teoría de la sedimentación se pueden encontrar en
bibliografía estándar. Evaluación de la información disponible de estas fuentes, junto con la consideración
del mecanismo de acarreo de cutting conduce a la conclusión que los factores que afectan a la capacidad
de carga (acarreo) son las dimensiones del sistema, las propiedades físicas de los recortes, y las
propiedades físicas del fluido de perforación.
Dimensiones del Sistema y su Efecto
Las dimensiones del sistema de circulación de mayor importancia en la capacidad de acarreo son el
tamaño del trépano, tamaño de la sarta de perforación, y la capacidad de bombeo. Estas dimensiones
determinan la velocidad anular de fluido de perforación.
Propiedades Físicas y sus Efectos
Las propiedades físicas que intervienen en la interacción entre el lodo y los recortes son la densidad y la
forma de los recortes y la densidad, viscosidad y resistencia de geles del fluido de perforación. El efecto
de la densidad sobre la capacidad de carga es bastante obvio; diferencia de alta densidad entre recortes y
fluido resulta en una fuerza de flotación baja y por lo tanto disminuye la capacidad de acarreo. El efecto
de la forma de los recortes es menos evidente. Aunque la velocidad de la caída a través de fluidos
newtonianos en reposo para partículas de formas regulares puede ser calculada a partir de ecuaciones
conocidas, hay poca información disponible en cuanto a formas irregulares cayendo en los fluidos NO
newtonianos, tales como el del lodo de perforación.
Las características no newtonianas de la mayoría de los fluidos de perforación complican severamente la
predicción del efecto de la viscosidad, medida normalmente como la capacidad de carga del fluido. Si el
razonamiento de la hidrodinámica fuera aplicable, sería de esperar que mayores viscosidades resulten en
menores velocidades de decantación y, por tanto, en una mayor capacidad de acarreo.
El efecto de la fuerza de gel en la capacidad de carga ha recibido poca atención en la literatura.

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 3 de 17
Determinación experimental de los Factores
En la realización de experimentos diseñados para recavar información en la capacidad de carga, se hizo un
intento para determinar la velocidad mínima anular suficiente para quitar los recortes, para obtener la
correlación entre las propiedades medibles del lodo y la capacidad de carga, y para poner a prueba la
validez de varias ecuaciones aplicadas al deslizamiento de las partículas sólidas en fluidos. Los
experimentos se llevaron a cabo en dos fases distintas; una de campo y otra de laboratorio.
EXPERIMENTOS DE CAMPO
Equipos y Materiales
La fase de campo de los experimentos se llevó a cabo en un pozo experimental de 500-pies en Pierce
Junction, Texas. El pozo fue entubado hasta el fondo con un casing de 7” y conectado en el fondo para
poder circular. El diseño inicial no incluía disposiciones para rotación de la tubería de perforación, ni
tampoco se buscó centrar la tubería en el casing. Inicialmente se utilizó una tubería de 2,5” para simular
la sarta de perforación. Guías de centrado se instalaron más tarde en el tubo interno para evitar la
canalización del lodo. Posteriormente, los tubos de 2,5” se retiraron, introduciéndose en su lugar una
tubería de perforación de 2 7/8”, la cual pendía suspendida desde la mesa rotary para permitir efectuar el
ensayo aplicando rotación a la “barra de
sondeo”.
Se adoptaron disposiciones para la inserción
de recortes simulados en la tubería de
perforación y para la recuperación de los
mismos en superficie. Las partículas usadas
para simular recortes eran esferas de vidrio,
chips de cerámica y discos de aluminio.
Esferas de cristal y chips de cerámica fueron
insatisfactorios debido a su fragilidad, por lo
que la mayoría de los ensayos se realizaron
con tres tamaños de discos de aluminio que
fueron martillados ligeramente para darles
una forma similar a recortes reales. Estos tres
tamaños de discos serán llamados como
pequeños, medios, y grandes. El tipo de
partículas utilizados y sus características se
dan en la Tabla I.

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 4 de 17
Tabla I-Propiedades de Partículas Usadas para Simular Cuttings (Experimento de Campo)
Tipo de Particula Material
Diametro Espesor Densidad
Notas
in. in. ppg
Esfera Vidrio 1.00 21,25 Todos los discos fueron
martillados para poner
asperas sus superficies y
darles forma similar a
recortes de cutting.
Varias formas y
espesores equivaentes a
los regortes generados
por el trépano.
Esfera Vidrio 0.73 21,25
Disco*1 Aluminio 0.750 0.250 22,46
Disco*2 Aluminio 0.750 0.125 22,46
Disco Aluminio 0.625 0.125 22,46
Disco*3 Aluminio 0.500 0.125 22,46
Chips de Cerámica Ceramica Rota 20,05-21,38
*Estos tres tamaños de discos fueron utilizados para obtener la mayor parte de la información
1-Discos Grandes o Partículas Grandes
2-Discos o Partículas Medianas
3-Discos o Partículas Pequeñas
Veintitrés fluidos se ensayaron como medios de transporte. Las densidades de los fluidos variaron de 8,33
ppg (agua) a 14,8 ppg; viscosidades variaron de 1 a 200 centipoises; y geles iniciales oscilaron de 0 a 90
gramos Stormer. Las propiedades de algunos de los fluidos se enumeran en la Tabla II.
Tabla II - Propiedades de Lodos usados en experimentos de Campo
Viscosidad
Marsh Tensión de
Gel Inicial
Densidad del
Lodo
Notas
Lodo
Nº.
Funnel Stormer
Sec cps @ 600 rpm gms - Stormer ppg
7 41 23 3 10.4
8 63 56 35 10.4
9 72 65 40 10.4 Mismo lodo que muestra 8 pero 1 día más viejo.
10 107 97 90 12.3
11 67 88 6 12.5 Tratado con Fosfato.
13 255 >200 (570gms) 12 14.8 Muy Grueso. Tratado con Fosfato.
17 31 4 2- 9.4 Lodo de Campo de Bassett-Blakely C-3, Danbury Field, Jan. 3, 1949
18 37 23 36 9.6 Arcilla El Paso añadida a lodo No. 17- (15 Ib arcilla por bbl de lodo Nº 17).
19 34 10 2- 9.6 Lodo Nº 18 después del tratamiento 50-50 solución cáustica-quebracho.
21 28 1 0 8.33 Agua.
22 44 30 2- 12.4 Lodo de campo Liverpool Gas Unit No.1, Danbury Field, Jan. 21, 1949.
23 35 11 0 12.4 to 11.6 Lodo No. 22 disuelto con agua y luego densificado con Barita (Baritina).
24 41 13.5 0 9.4 jarabe espeso, obtenido a partir de azúcar en bruto durante el proceso de refinación.
Procedimiento
El procedimiento general seguido en Pierce Junction fue insertar un número dado de recortes simulados
en la tubería de perforación y bombearlos lentamente a la parte inferior. Cuando los cuttings llegaban al
fondo, se establecía la tasa de circulación deseada, y se anotaba el tiempo y número de recortes

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 5 de 17
recuperados. Cada fluido diferente se sometió al mismo procedimiento. Cuando las corridas se realizaron
con rotación de tubería de perforación, se estableció una velocidad fija de 110 rpm y una velocidad de
circulación fija. La velocidad de circulación reportada es el promedio a través de la sección anular
transversal, obtenida dividiendo el desplazamiento volumétrico de la bomba por el área de la sección
transversal del anular.
RESULTADOS
Evaluación de los Datos
Los datos obtenidos en Pierce Junction se representaron como recuperación de partícula vs tiempo de
circulación. La recuperación de partículas se expresó como el porcentaje de partículas recuperado en la
superficie, basado en el número añadido. Las pendientes de las curvas de recuperación-tiempo son una
indicación de la capacidad del fluido para levantar los recortes (acarreo); pendientes pronunciadas, es
decir, alto cociente porcentaje/tiempo, indican alta capacidad de acarreo, mientras que las pendientes
graduales indican baja capacidad de acarreo.
Efectos de la Rotación de las Barras de Sondeo en el Acarreo
En las pruebas iniciales en Pierce Junction, antes de centrar o rotar la tubería, porcentajes muy bajos de
pequeñas esferas y partículas planas fueron devueltos a la superficie. Debido a que la misma prueba
efectuada con agua demostró una superior capacidad de acarreo se concluyó que las partículas se
perdieron en el pozo por efecto de la canalización del espacio anular y posterior estancamiento en las
secciones gelificadas, cosa que no sucedió con el agua.
Posteriormente cuando se centró la barra de sondeo y se repitió el ensayo, se observó un incremento en
la cantidad de recortes recuperados, y luego al efectuar el ensayo agregando la rotación fue aún mayor el
incremento en la cantidad de cutting recuperado.
Aunque la rotación de las barras de sondeo es normal en la perforación de pozos, su importancia en la
remoción de cutting debe ser tenida muy en cuenta.
La curva de porcentaje de recuperación en función del tiempo de circulación dado en la Fig. 1 es una
excelente ilustración del efecto de la tubería de perforación en rotación. Durante los períodos sin
rotación, casi ninguna partícula apareció en superficie. Durante la rotación, las partículas fueron
eliminadas rápidamente del pozo. Este efecto fue más pronunciado en lodos de alta viscosidad y alta
resistencia del gel. Variación de la velocidad de rotación de aproximadamente 35 a 150 rpm no produjo
un cambio apreciable en la recuperación de partículas. Curvas mostradas en las Figs. 2, 3 y 4 se
obtuvieron con la tubería de perforación rotando a 110 rpm. Al parecer, las velocidades de rotación
normales de perforación de pozos son suficientes para tomar ventaja de este efecto.
Efecto de la Densidad
El aumento de la densidad de un fluido mientras se mantienen sus otras propiedades lo más constante
posible resultaron en un aumento de la capacidad de carga. Esto se ilustra en la Fig. 2.

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 6 de 17
Efectos de la Viscosidad y el Gel
Al llevar a cabo los experimentos en Pierce
Junction, numerosos intentos se hicieron
para correlacionar la resistencia del gel y la
viscosidad con la capacidad de acarreo del
lodo. Estos esfuerzos fracasaron al no
encontrar ninguna correlación definida
entre viscosidades y resistencias de gel,
(medidas por los viscosímetros embudo
Stormer o Marsh) y la capacidad del fluido
para levantar recortes del pozo. Sin
embargo, se observaron algunas relaciones
generales.
Antes de que los efectos de viscosidad y
resistencia de gel sean discutidos, debería
aclararse que la viscosidad y la resistencia
de gel tal como se miden por los
instrumentos utilizados en perforación no
son fácilmente separables. Por ejemplo, un
lodo con alta resistencia de gel será en
general bastante viscoso, pero lo contrario
no es necesariamente cierto. Una alta
viscosidad de lodo tendrá alta resistencia
del gel, si su viscosidad es debido a las
arcillas altamente dispersas, pero tendrá
poca o ninguna resistencia de gel si la
viscosidad es causada por un alto
contenido de sólidos relativamente
inertes. Por estas razones, los lodos aquí
discutidos generalmente serán tratados
como lodos de alta viscosidad y alta
resistencia de gel y lodos de baja viscosidad y baja resistencia de gel. Para los propósitos de esta
discusión, alta resistencia de gel se considerará seis gramos de gel inicial sobre el viscosímetro Stormer o
más, y alta viscosidad más de 15 centipoises a 600 rpm Stormer. Estos valores, sin embargo, no pueden
considerarse representativos de propiedades físicas exactas de los fluidos.

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 7 de 17
En general, se encontró que los fluidos de
baja viscosidad- bajo gel fueron superiores a
fluidos de alta viscosidad-alto gel en la
eliminación de recortes. Este punto está
bien ilustrado por los datos presentados en
las Figs. 3 y 4. Las curvas muestran que no
sólo los fluidos de baja viscosidad-bajo gel
pudieron llevar los recortes a la superficie
con mayor rapidez que los fluidos de alta
viscosidad-alto gel, sino que también
acarrearon a superficie porcentajes más
grandes de partículas a tasas más bajas de la
circulación. Una excepción a esto puede
observarse en la Fig. 3, donde la alta
viscosidad-alto gel del lodo devuelve un
porcentaje mayor de las partículas de gran
tamaño. Sin embargo, este lodo no logró
eliminar eficazmente las partículas más
pequeñas. La alta capacidad de acarreo del
lodo de baja viscosidad-bajo gel es
particularmente notable en la limpieza de
partículas de tamaño mediano, las cuales
representan particularmente el tamaño de
los recortes que genera el trépano.
Lodos de baja viscosidad-bajo gel se parecen
mucho a fluidos Newtonianos en su
comportamiento, y el comportamiento de
las partículas sólidas en ellas se puede
calcular con cierto grado de exactitud
utilizando ecuaciones ordinarias de
velocidad de deslizamiento. La velocidad a la
que un recorte se limpia del pozo es, por
supuesto, la diferencia entre la velocidad
anular del fluido y la velocidad de
deslizamiento de la partícula.
Las ecuaciones de la velocidad de
deslizamiento no se pueden utilizar con
ninguna expectativa de buenos resultados si
el fluido es muy viscoso y tiene alta
resistencia de gel. Este hecho se ilustra en la

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 8 de 17
parte inferior de la Fig. 3. Las partículas grandes aparecieron en la superficie primero, mientras que los
cálculos de velocidad de deslizamiento indican que deberían aparecer por último tal como lo hicieron
cuando se utilizó un fluido poco viscoso y sin resistencia de gel como el agua. Este efecto de orden inverso
no pudo explicarse en base a la información recabada en Pierce Junction.
Otro fenómeno de interés difícil de explicar sobre la base de ecuaciones de velocidad de deslizamiento
fue encontrado cuando se circuló en el pozo lodo de alta viscosidad-alto gel, ya que las primeras
partículas devueltas a la superficie viajaron a velocidades más altas que la velocidad promedio del lodo.
Este efecto se asumió fue causa de una distribución de velocidades presentes en el anular, una suposición
que fue posteriormente verificada en la fase de laboratorio del experimento.
Posibilidad de Reducción de Velocidad Anular
Figs. 2, 3 y 4 muestran que velocidades de lodo
mucho menores a 200 ft/min, fueron
suficientes para quitar los recortes del pozo en
Pierce Junction. Cuando el agua circulaba a 124
ft/min, las partículas más lentas salieron
aproximadamente a 10 ft/min.
Estos datos indican que puede ser posible
efectuar una reducción apreciable en las
velocidades del flujo anular actualmente
utilizadas en campo y aun así mantener una
eficiente eliminación de recortes.
EXPERIMENTOS EN
LABORATORIO
Ciertos fenómenos observados en Pierce
Junction no podían explicarse sobre la base de
consideraciones teóricas, por lo cual se inició
una investigación de las fuerzas primordiales
que actúan sobre las partículas en el acarreo a
superficie. Dicha información como también
los efectos de la distribución de la velocidad en
el transporte de partículas, la ubicación de las
partículas durante el acarreo (parte preferida
del anillo), el comportamiento de las partículas
durante el transporte, el efecto de rotación de
la tubería de perforación en el acarreo de

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 9 de 17
partículas, la distribución de velocidades en los fluidos no newtonianos, y numerosos otros hechos eran
necesarios para completar el proyecto.
Equipos y Materiales
Para obtener la información indicada más arriba, se construyó un laboratorio modelando el espacio
anular del pozo. El espacio anular fue el espacio entre una columna exterior transparente y el tubo
central. La columna transparente fue de 5 pies de largo y tenía un diámetro interior de 4 pulgadas. El tubo
central tenía un diámetro exterior de 1 pulgada.
El equipo fue diseñado de manera que la rotación de la tubería de perforación pudiera simularse, y la
distribución de viscosidad/velocidad y tipo de flujo pudieran observarse. De esta manera podían verse las
partículas durante el acarreo.
Fluidos utilizados en este aparato incluían agua, glicerina y una suspensión de bentonita. La suspensión de
bentonita era un fluido transparente que poseía tixotropía y resistencia de gel similares a las que
presentan la mayoría de los fluidos de perforación. Las partículas usadas para simular recortes en el
aparato de laboratorio incluían esferas de vidrio, esferas de aluminio, discos de aluminio, y algunos
recortes reales de cutting. Las propiedades de las partículas se dan en la Tabla III. Los discos de aluminio
incluyeron los mismos tres tamaños como los utilizados en la fase experimental de Pierce Junction. Estos
discos no fueron golpeados, ya que pruebas realizadas no mostraron ninguna diferencia esencial entre el
rendimiento de estos discos y las partículas utilizadas en Pierce Junction.
Procedimiento
El procedimiento seguido fue establecer un caudal suficiente para levantar la partícula a estudiar, insertar
la partícula en la columna y hacer la observación visual o fotográfica de la partícula mientras era
transportada por el espacio anular. Las distribuciones de velocidades de flujo se obtuvieron mediante la
inyección de tintas a través de diez agujas separadas radialmente en la base de la columna y midiendo el
tiempo de desplazamiento del colorante en una distancia especificada a través de la columna. Se hicieron
registros de video grabando el comportamiento de las diversas partículas durante el transporte en el
espacio anular.
RESULTADOS
Validez de las Ecuaciones de Velocidad de Deslizamiento Aplicado al Transporte de Partículas en un
Espacio Anular.
La investigación inicial sobre los datos relevados de velocidades de deslizamiento en esferas de cristal,
esferas de aluminio, y discos de aluminio indicaron que existió considerable desviación entre las
velocidades de deslizamiento medidas en fluidos en reposo y aquellas medidas al suspender una partícula
en un espacio anular y ajustar la velocidad de flujo. Se encontró que cuando el líquido en la columna
estaba fluyendo en régimen turbulento una ecuación empírica podría ser utilizada para predecir la
velocidad de deslizamiento de una partícula transportada. Esta ecuación (aplicable sólo a flujo turbulento)

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 10 de 17
hace correcciones para las dimensiones finitas del espacio anular y por lo tanto realmente corrige para
distribuciones de velocidad en el flujo turbulento.
D
d
Vc
Vs


1
Vs: Velocidad de Deslizamiento (Slip Velocity)
d: Diámetro de la partícula
D: Diámetro equivalente del anular (4 veces el radio hidráulico)
f
fpgd
d
t
Vc

 )(
35,1

 para la caída plana de un disco
f
fpgd
d
t
Vc

 )(
18

 para la caída de canto de un disco
f
fpgd
Vc

 )(
74,1

 para esferas
g: Fuerza de Gravedad
ρf: Densidad del fluido
ρp: Densidad de la partícula
Una comparación de las velocidades calculadas a partir de esta ecuación con las observadas en el
experimento se muestra en la Tabla III. Un intento de obtener el mismo tipo de corrección para las
partículas transportadas en un fluido viscoso (glicerina) no obtuvo resultados satisfactorios para las
partículas planas, principalmente porque la distribución de velocidades en flujo laminar (o flujo viscoso)
ejerce un par de giro en tales partículas. El efecto de giro ejercido por el fluido les provocaba una fuerza
que las ponía de canto conforme se acercaban a las paredes del pozo, por lo que sus velocidades de
deslizamiento cambiaban continuamente hasta que alcanzaban las paredes.
Distribuciones de Velocidad en Flujos Laminares y Turbulentos y Sus Efectos Sobre la Capacidad de
Acarreo
Durante mucho tiempo se ha sabido que dos tipos de flujo se pueden encontrar en el movimiento de
fluidos. Debido a la naturaleza de los flujos, se han clasificado como laminar y turbulento
respectivamente. En el flujo turbulento los elementos de fluido se mueven en innumerables remolinos,
llamados "giros o turbs". En flujo laminar los elementos de fluido fluyen siguiendo las líneas de corriente.
La distribución de las velocidades de punto a través del anular en los dos tipos de flujo es claramente
diferente. Esta diferencia se ilustra en la Fig. 6. Las velocidades puntuales en flujo turbulento representan
un vector promedio estadístico de todas las velocidades de los elementos del fluido. El fluido presenta
vectores de velocidad que están en una sola dirección solamente cuando el fluido está en flujo laminar;
por lo tanto las velocidades de punto son las velocidades unidireccionales de elementos que componen la
línea de corriente en ese punto.

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 11 de 17
El comportamiento de las partículas
(discos de aluminio) en los dos tipos
de flujo no es igual. Bajo condiciones
de flujo turbulento, cuando se usó
agua como fluido de transporte, los
discos fueron transportados en orden
pequeño, mediano, grande, sin
tendencia a ponerse de canto o a
posicionarse contra las paredes.
Mientras eran acarreados, todos los
discos exhibieron un balanceo o
movimiento oscilatorio característico
de una hoja que cae en el aire. La Fig.
7 representa el acarreo de los discos
en una distribución turbulenta con el
tubo central quieto sin rotación.
Bajo condiciones de flujo laminar,
cuando se utilizó glicerina como fluido
de transporte, el comportamiento de
los discos dependió de sus
dimensiones. El disco grande se
trasladó de manera ascendente por el espacio anular sin tendencia aparente a girarse en el borde o
trasladarse a las paredes. El disco medio se giró de canto ya sea contra el tubo central o la pared exterior,
donde cayó una distancia considerable de costado antes de levantarse de nuevo. El disco pequeño se giró
de canto en el borde ya sea contra la pared exterior o el tubo central, donde cayó solo una distancia muy
corta, luego se levantó de nuevo. En algunos casos los discos medianos y pequeños quedaron contra las
paredes y no pudieron ser removidos sin aumentar considerablemente la velocidad del fluido. Las Figs. 8,
9 y 10 ilustran el comportamiento de los tres discos acarreados por glicerina en flujo laminar con el tubo
central quieto.
Las partículas son transportadas de manera más eficiente y la capacidad de acarreo es mayor cuando las
partículas poseen una mayor superficie perpendicular a la dirección de transporte. Esta es la posición
normal de caída. Un disco que cae en deslizamiento viscoso cae 1,5 veces más rápido de canto de lo que
lo hace en la posición normal; en deslizamiento turbulento el factor es 13. Se debe observar que es
posible para una partícula caer en deslizamiento turbulento mientras que el fluido está en flujo laminar.
Por estas razones, es ventajoso mantener las partículas distanciadas de las paredes y planas dentro de la
corriente. Esto puede lograrse manteniendo la condición de flujo turbulento en el espacio anular.
(Laminar)

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 12 de 17
Tabla III - Propiedades y Velocidades de Deslizamiento de las Partículas Utilizadas en los Experimentos de Laboratorio
Tipo de Densidad Diametro Espesor Vc Vo Vs
Partícula Material ppg in. in. d/D ft/min ft/min ft/min
Esfera Vidrio 21,7 0.940 0.313 210 148.5 160
Esfera Aluminio 23,2 0.753 0.251 198.5 160.5 158.7
Esfera Vidrio 20,1 0.687 0.229 168.5 139.0 137.0
Esfera Acero-Niquel 73,9 0.187 0.0624 208.0 179.0 195.7
Esfera Bronce 71,1 0.312 0.104 262.0 225.0 237.0
Esfera Acero 63,2 0.281 0.0937 233.0 201.0 213.0
Esfera Aluminio 22,8 0.187 0.0624 97.7 90.3 91.8
Disco Aluminio 22,4 0.625 0.126 0.209 61.2 47.6 50.7
Esfera Aluminio 23,5 0.875 0.292 216.3 170.0 167.3
Esfera Acero 64,8 0.156 0.052 176.0 164.0 167.0
Esfera Vidrio 20,6 0.173 0.0577 86.4 78.0 81.5
Disco Aluminio 22,3 0.630 0.067 0.210 44.9 40.5 37.1
Disco* Aluminio 22,5 0.750 0.250 0.250 86.5 71.0 69.2
Disco* Aluminio 22,5 0.750 0.125 0.250 61.5 45.0 49.1
Disco* Aluminio 22,5 0.500 0.125 0.167 61.0 4.3.0 52.3
*Estos tres tamaños de discos fueron utilizados para obtener la mayor parte de la información.
Vc: Velocidad de deslizamiento calculada a partir de ecuaciones convencionales de flujo turbulento
Vo: Velocidad de deslizamiento observada en laboratorio bajo flujo turbulento y caída turbulenta
d: Diámetro de la partícula
D: Diámetro equivalente del anular
D
d
Vc
Vs


1
=Velocidad de deslizamiento calculada por la ecuación corrigiendo por distribución de velocidad y “efecto pared”
El Efecto de Rotación y su Relación con Capacidad de Acarreo.
El efecto de giro se ha mencionado anteriormente como la causa de los discos que se dan vuelta en el
borde, si se transportan por los fluidos con flujo laminar. En consideración de algunos conceptos
hidráulicos se puede explicar la causa del torque de giro ejercido sobre la partícula por el fluido.
El flujo laminar puede ser considerado como el movimiento del fluido en un grupo de cilindros
concéntricos de espesor infinitesimal; los cilindros a su vez se componen de líneas de corriente
individuales. Estas líneas de corriente pueden considerarse como canales de fluido individuales que no se
mezclan unos con otros. La fuerza ejercida sobre una placa perpendicular a un chorro de líquido está dada
por F proporcional a W.V / g, en la que F es la fuerza sobre la placa, W el peso del fluido golpeando la
placa por unidad de tiempo, V la velocidad del fluido, y g la fuerza de gravedad. Un aumento en la
velocidad aumenta la fuerza.
Referencia a la distribución de velocidades en flujo laminar se muestra en la Fig.11 donde se observa que
la velocidad aumenta desde cero en las paredes a un máximo cerca del centro de la corriente de flujo (la
velocidad máxima en el centro es 2 veces la velocidad promedio). Puesto que la fuerza ejercida por el
fluido sobre la partícula es directamente proporcional a la velocidad del fluido, la fuerza también aumenta
desde cero en las paredes hasta un máximo cerca del centro. Como se mencionó anteriormente, el
comportamiento natural para partículas planas que caen en un fluido estático es horizontal, es decir,

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 13 de 17

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 14 de 17
su dimensión más grande es perpendicular a la dirección de caída. Este mismo comportamiento se
adoptaría en un fluido ascendente si no fuera por la distribución de velocidades generadas por las
dimensiones finitas del sistema. Una partícula
en la posición plana natural se proyecta entre
las regiones de diferentes velocidades. Como
se muestra en la Fig. 11, F4 es mayor que F2
porque V4 es mayor que V2. Un par de giro
sobre el centro de gravedad de la partícula
aparece por la acción de estas fuerzas
desiguales. Este par de torsión tiende a girar
la partícula hacia el exterior de la corriente de
flujo.
A medida que la partícula se va inclinando, la
componente de la fuerza FH se convierte
efectiva. La combinación de componentes de
par y fuerza empuja la partícula contra la
pared del borde. Después alcanzar una
posición de canto contra la pared, la partícula
comienza a deslizarse. Si el gradiente de
velocidad en el la pared es suficientemente
grande, la partícula será devuelta de regresó a
la corriente, repitiéndose el ciclo una y otra
vez. Una ilustración de este ciclo se da en la
Fig. 9. Si la partícula es delgada y las fuerzas
que la sostienen contra la pared son
suficientemente grandes, la partícula seguirá
deslizándose, o se pegará contra la pared.
Al analizar la distribución de la velocidad turbulenta en la Fig. 6 se observa que el efecto de torsión será
mucho menor en flujo turbulento que en flujo laminar. Sobre gran parte del anular, las diferencias en la
velocidad de flujo turbulento son relativamente pequeñas. Esto provoca una disminución
correspondiente en el la desigualdad de las fuerzas que causan el par de giro de las partículas. Además,
los remolinos existentes en la corriente tienden a evitar que las partículas se adhieran a las paredes. Dado
que el efecto de torsión disminuye la capacidad de acarreo, su minimización es deseable. Esto puede
conseguirse si mantenemos un flujo turbulento en el espacio anular.

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 15 de 17
Relación entre el Espesor y Diámetro de las Partículas y su Efecto en la Capacidad de Acarreo
El hecho de que el comportamiento de los discos acarreados por un fluido laminar dependió de las
dimensiones de los discos, se impulsó una investigación para estudiar la respuesta al acarreo en función
de la forma de cada partícula. Se encontró que el comportamiento de los discos se podía predecir
bastante bien si su relación espesor/diámetro era conocida.
Se realizó una investigación de discos de aluminio de ¾ pulgadas y ½ pulgada de diámetro y de varios
espesores para determinar el valor crítico de relación espesor/diámetro por debajo del cual el efecto de
torque en una distribución laminar haría voltear de canto los discos. Se encontró que los discos
generalmente se volteaban si su relación espesor/diámetro era de menos de 0,3. Fue También
encontrado que la gama de tamaños de discos con relación espesor/diámetro mayor que
aproximadamente 0,8 se mantuvo continuamente de canto durante el acarreo. Este último punto es
comprensible si se recuerda que cuando se pasa un plano a través del centro de un disco o cilindro
paralelo al eje de disco y la relación de espesor a diámetro es mayor que 0,78, el área del plano
interceptado por el disco es mayor que el área de una cara circular. Como se mencionó anteriormente, las
partículas caen de manera que el área mayor es normal a la dirección de caída. Los resultados de la
investigación indican que los discos con relación espesor/diámetro que varía de 0,3 a aproximadamente
0,8 normalmente se transportan en posición horizontal.
Las partículas con relaciones espesor/diámetro inferior a 0,3 son difíciles de eliminar del pozo. Cuando
tales partículas se encuentran, la capacidad de acarreo del fluido de perforación con respecto a ellas
disminuye a menos que el fluido se mantenga en circulación turbulenta.
Efecto de Rotación de la Tubería en el Centro en la Capacidad de Acarreo
La rotación del tubo central aumentó la capacidad de acarreo en flujo laminar mediante la prevención de
que las partículas pequeñas y medianas resbalaran por la pared de la tubería central. Las fuerzas
centrífugas establecidas por la rotación lanzó los discos en las regiones de alta velocidad existente en el
centro del espacio anular del pozo donde fueron fácilmente transportadas. Fig. 12 ilustra el efecto de la
tubería central rotando durante el transporte de las partículas medianas. El efecto de la rotación no fue
tan pronunciado para los fluidos con flujo turbulento como lo fue para aquellos en flujo laminar.
Transporte de Recortes
Observaciones de recortes transportados en flujo laminar y turbulento demostró que los mismos
principios que se aplicaron a los discos también son aplicables a los recortes. La mayoría de los recortes se
giraron de canto y fueron forzados contra las paredes cuando el flujo fue laminar. Los recortes fueron
fácilmente transportados cuando el flujo fue turbulento. Aunque no se hizo ningún intento de determinar
los valores exactos de la relación espesor/diámetro para los recortes, las estimaciones de esta relación
indican que muy pocos de los recortes tuvieron proporciones espesor/diámetro mayores que el valor
crítico de 0.3. Esto se cree que es típico en la mayoría recortes generados por el trépano.

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 16 de 17
CORRELACIÓN ENTRE RESULTADOS DE
LABORATORIO Y EL CAMPO
A la luz de la información obtenida en el laboratorio, los
resultados obtenidos en Pierce Junction pueden ser
comprendidos con mayor facilidad.
Transporte de Discos Medianos y Efecto de Orden
Inverso.
La dificultad que se encontró en el Pierce Junction en la
eliminación las partículas medianas del pozo fue causada
por su baja relación de espesor/diámetro (0.167), lo que
les provocó girar de canto. Una vez de canto se deslizaron
por el borde de modo que tuvieron que ser acarreadas
varias veces a través de la misma distancia. Que este
efecto fuera más notable en lodos de alta viscosidad era
de esperarse en vista del mayor momento de giro
ejercido a las partículas por tales lodos. Esto también
explica el llamado efecto orden inverso.
Dado que las partículas del medio tuvieron que ser
transportados a través de una distancia mayor que
cualquiera de las partículas grandes o pequeñas, era de
esperarse que alcanzaran la superficie en un tiempo
mayor. La razón espesor/diámetro de las partículas
pequeñas era 0,250; de la partícula grande 0.333. Debido
a la magnitud de estas proporciones, el momento de giro
ejercido sobre estas partículas por los lodos viscosos era
menor que el ejercido sobre las partículas medianas.
Debido a esto, las partículas grandes eran a menudo
eliminadas más fácilmente del pozo.
Efectividad de Rotación de la Sarta en el Acarreo de
Cuttings
La eficacia de rotación de la sarta de perforación en el
aumento de la capacidad de acarreo es causada en parte
por el hecho de que ayuda a crear turbulencia, y en parte
por el hecho de que ayuda a prevenir la existencia de

LIMPIEZA DE POZO
29/05/2015 Página 17 de 17
estancamiento en bolsillos gelificados entre la sarta y la pared del pozo. Las fuerzas centrífugas
establecidas por la rotación también ayudar a aumentar la capacidad de carga debido que tienden a
proyectar las partículas lejos de la tubería en regiones de mayor velocidad, donde son transportadas más
fácilmente.
CONCLUSIONES
Las conclusiones alcanzadas a partir de la evaluación de la información obtenida en el laboratorio y en
Pierce Junction puede ser resumida en lo siguiente:
1. El flujo turbulento en el espacio anular del pozo es más deseable desde el punto de vista de la
eliminación de recortes.
2. Baja viscosidad y baja resistencia de gel son ventajosos en la eliminación de recortes.
3. Aumento de la densidad del lodo es eficaz en el aumento de capacidad de acarreo de cuttings.
4. La rotación de la sarta de perforación aumenta la capacidad de acarreo.
5. Si el flujo turbulento se puede mantener, una velocidad anular ligeramente mayor que la velocidad de
deslizamiento de los recortes más grandes a ser acarreados debería mantener el pozo limpio. Esto implica
velocidades de 100 a 125 pies por minuto, en lugar de la actualmente utilizada de 175 a 225 pies por
minuto.

Limpieza de pozo

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Limpieza de pozo

Similar a Limpieza de pozo (20)

Último

Último (20)

Limpieza de pozo