CALCULOS DE PERDIDAS DE PRESION 1. SISTEMA DE CIRCULACION El sistema de circulación de un pozo de perforación consta de varios componentes o intervalos, cada uno de los cuales está sujeto a una caída de presión específica. La suma de las caídas de presión de estos intervalos es igual a la pérdida total de presión del sistema o a la presión medida del tubo vertical. La figura es un diagrama esquemático del sistema sistema de circulación. Esta Figura puede ser simplificada de la manera indicada en la figura, la cual ilustra el área relativa de flujo de cada intervalo.
Diagrama esquemático de un sistema de circulación La pérdida de presión total para este sistema se puede describir matemáticamente como: PTotal = PEquipo Superf. + PColumna Perf. + PBarrena + PEspacio Anul. Cada uno de estos grupos de presión puede dividirse en sus componentes y en los cálculos apropiados. 2. EQUIPO SUPERFICIAL Las pérdidas de presión superficiales incluyen las pérdidas entre el manómetro del tubo vertical y la tubería de perforación. Esto incluye incluye el tubo vertical, vertical, la manguera del kelly, la unión giratoria y el kelly o la rotaria viajera. Para calcular la pérdida de presión en las conexiones superficiales, utilizar la fórmula para tuberías de API para la pérdida de presión en la tubería de perforación. 3. COLUMNA DE PERFORACIÓN La pérdida de presión en la columna de perforación es igual a la suma de las pérdidas de presión en todos los intervalos de la columna de perforación, incluyendo la tubería de perforación, los portamechas, los motores de fondo, las herramientas de MWD/LWD/PWD MWD/LWD/PWD o cualquier otra herramienta de fondo.
3.1. FACTOR DE FRICCION La pérdida de presión en la columna de perforación es igual a la suma de las pérdidas de presión en todos los intervalos de la columna de perforación, incluyendo la tubería de perforación, los portamechas, los motores de fondo, las herramientas de MWD/LWD/PWD MWD/LWD/PWD o cualquier otra herramienta de fondo. Si el número de Reynolds Reynolds es inferior o igual a 2100: 2100: Si, es mayor a 2100: 3.2. INTERVALOS DE TUBERIA DE PERFORACION Los intervalos de la columna de perforación (incluyendo los portamechas) son determinados por el DI de la tubería. La longitud de un intervalo es la longitud de la tubería que tiene el mismo diámetro interior. La siguiente ecuación es usada para calcular la pérdida de presión para cada intervalo de la columna de perforación.
Donde: Vp = Velocidad (pies/min) (pies/min) D = DI de la tubería (pulg.)
ρ = Densidad (lb/gal)
L = Longitud (pies) 3.3. MOTORES Y HERRAMIENTAS DE FONDO Si la columna de perforación contiene un motor de fondo; una herramienta de MWD, LWD o PWD; una turbina o un impulsor, sus pérdidas de presión deben estar incluidas en las pérdidas de presión del sistema para calcular la hidráulica del sistema. Las pérdidas de presión pueden afectar considerablemente la presión disponible en la barrena, así como derivar el flujo alrededor de la barrena. bar rena. La pérdida de presión a través de las herramientas de MWD y LWD varía considerablemente según el peso del lodo, las propiedades del lodo, el caudal, el diseño de la herramienta, el tamaño de la herramienta y la velocidad de transmisión de datos. Algunos fabricantes publican pérdidas de presión para sus herramientas, herramientas, pero estas estas pérdidas de presión pueden ser estimadas por lo bajo, porque son generalmente determinadas con agua. La pérdida de presión a través de Motores de Desplazamiento Positivo (PDM) (Moyno), impulsores y turbinas es más grande que las pérdidas a través de las herramientas de MWD y LWD, y es afectada por más variables. Con un PDM o impulsor, el peso adicional sobre la barrena aumenta el torque y la l a pérdida de presión a través del motor. La caída de presión a través de una turbina es proporcional al caudal, al peso del lodo y al número de etapas de accionamiento de la turbina. La pérdida de presión a través de los motores y las turbinas no se puede determinar con precisión usando fórmulas; sin embargo, estos datos de pérdida de presión también pueden ser obtenidos de los proveedores. 3.4. BARRENA (FRICCION EN LAS TOBERAS) La pérdida de presión a través de la barrena se calcula con la siguiente ecuación:
En el caso de barrenas sacanúcleos o de cortadores de diamantes, el Área de Flujo Total (TFA) y los factores apropiados de conversión son sustituidos dentro de la ecuación para obtener:
Donde: ρ = Densidad (lb/gal)
Q = Razón de flujo (gpm) TFA = Área de Flujo Total Total (pulg.2) 4. ESPACIO ANULAR La pérdida total de presión en el espacio anular es la suma de todas las pérdidas de presión del intervalo anular. Los intervalos anulares son divididos por cada cambio del diámetro hidráulico. Algún cambio del diámetro diámetro exterior de la columna de perforación perforación y/o algún cambio del diámetro interior de la tubería de revestimiento, tubería de revestimiento corta o pozo abierto resultaría en un cambio del diámetro hidráulico. Como con las ecuaciones de pérdida de presión de la columna de perforación, el factor de fricción debe ser determinado antes de calcular la pérdida de presión para cada sección anular. 4.1. FACTOR DE FRICCION Si el número de Reynolds es inferior o igual a 2.100:
Si el número de Reynolds es mayor que 2.100:
( ) () 4.2. INTERVALO ANULAR La pérdida de presión para cada intervalo debe ser calculada separadamente y sumada para obtener la pérdida total de presión total del intervalo anular. Esta ecuación se usa para calcular las pérdidas de presión de los intervalos individuales.
Donde: D2 = DI del pozo o tubería de revestimiento (pulg.) D1 = DE (diámetro exterior) de la tubería de perforación o los portamechas (pulg.) 5. DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACION La presión en una formación durante la circulación es igual al total de las pérdidas de presión de circulación anular desde el punto de interés hasta el niple de campana, más la presión hidrostática del fluido. Esta fuerza se expresa como la densidad del lodo que ejercería una
presión hidrostática equivalente a esta presión. Este peso equivalente del lodo se llama Densidad Equivalente de Circulación (ECD). ECD (lb/gal) = ρ (lb/gal) + Pa (psi)/ 0,052 x TVD (pies) Una ECD excesiva puede causar pérdidas al exceder el gradiente de fractura en un pozo. Es importante optimizar las propiedades reológicas para evitar una ECD excesiva. 6. CALCULOS DE HIDRAULICA DE BARRENA Además de la pérdida de presión de la barrena, barrena, varios cálculos de hidráulica hidráulica adicionales son usados para optimizar el rendimiento de la perforación. Éstos incluyen cálculos de la potencia hidráulica, de la fuerza de impacto y de la velocidad del chorro.
6.1. POTENCIA HIDRAULICA El rango de potencia hidráulica (hhp) recomendado para la mayoría de las barrenas para rocas es de 2,5 a 5,0 Caballos de Fuerza por Pulgada Cuadrada (HSI) del área de la barrena. Una potencia hidráulica baja en la barrena puede producir bajas velocidades de penetración y un rendimiento deficiente de la barrena.
Donde: Q = Caudal (gpm) PBit = Pérdida de presión de la barrena(psi)
Potencia hidráulica por pulgada cuadrada del área de la barrena
Donde: Tamaño de la Barrena =Diámetro =Diámetro de la barrena barrena (pulg.) Potencia hidráulica del sistema
Donde: PTotal = Total de pérdidas de presión del sistema (psi) Q = Caudal (gpm)
6.2. VELOCIDAD DE DE TOBERA Aunque se pueda utilizar más de un tamaño tamaño de tobera en una una barrena, la velocidad de tobera será la misma para todas las toberas. Velocidades de tobera de 250 a 450 pies/seg son recomendadas para la mayoría de las barrenas. Las velocidades de tobera mayores que 450 pies/seg pueden desgastar la estructura de corte de la barrena.
Donde: Q = Caudal (gpm) Dn = Diámetro de la tobera (1/32 pulg.) 6.3. FUERZA DE IMPACTO (IF) HIDRAULICA
Donde: Vn = Velocidad de tobera tobera (pies/seg) Q = Caudal (gpm) ρ = Densidad (lb/gal)
6.4. FUERZA DE IMPACTO/PULG.2 IMPACTO/PULG.2
