DISEÑO DE UN PROGRAMA HIDRÁULICO PARA PERFORAR I

Realizar un diseño del programa hidráulico en las diferentes etapas del programa de perforación, es tratar de cumplir con la mayor parte de los parámetros de la optimización hidráulica y obtener una mayor velocidad de penetración. Los cuales mencionados en orden jerárquico son: 

· Impacto hidráulico 

· Caballos de fuerza hidráulico (H.P. hidráulico) 

· Índice de limpieza en el fondo del agujero (H.P./pg2 ) 

· Velocidad del lodo en las toberas. 

· Velocidad anular óptima. 

Un programa hidráulico nos proporciona información para evitar altas caídas de presión en el sistema de circulación y evitar problemas en el equipo superficial, así como también mayor esfuerzo en la bomba de lodo y por consecuencia mayor mantenimiento, etc. El diseño de un programa hidráulico, en condiciones normales de perforación, se puede realizar cada 500 o 1000 m de profundidad. (En el caso de una barrena PDC, se considera la profundidad a perforar), de acuerdo al cambio de densidades y de la reología del lodo, así como en el cambio de diámetros interiores de la sarta de perforación.

Parámetros hidráulicos V

Parámetros hidráulicos IV

Esto significa que el 35% de la presión limitada o presión de bombeo máximo deseado, es de pérdida de presión en el sistema de circulación y el 65% restante para aplicarlo en la barrena. En la gráfica 4.2 se muestra la confirmación de los métodos I.H. y H.P.H. en sus porcentajes de optimización.

Parámetros hidráulicos III

Algunos piensan, que en la teoría del impacto hidráulico, la remoción de recortes depende de la fuerza con la que el fluido pega en el fondo del agujero y tal vez sea por el resultado de la fórmula en lbs. Pero si consideramos que en la fórmula del impacto, su origen es la ecuación Fuerza = masa x aceleración (F = m x a), se puede tener el concepto de impacto hidráulico, como la fuerza en lbs. que pasan en la sección de las toberas en la unidad de tiempo. Caballos de fuerza hidráulicos.- Los H.P. hidráulicos pueden definirse como la velocidad a la que el fluido hace trabajo en el sistema de circulación. En realidad los caballos de fuerza son una velocidad definida de hacer trabajo. En forma matemática, se representa como:

Parámetros hidráulicos II

La fuerza de impacto en la ecuación depende del peso del lodo, entre más alto, mayor el impacto. Sin embargo, el peso del fluido no se cambia con ese propósito. Por esa razón se considera una constante para cualquier sistema. Para obtener éste parámetro, se requieren las siguientes condiciones

Donde: Ps = Caída de presión por fricción en el sistema. Pm = Presión manométrica o de bombeo. Pb = Caída de presión en la barrena. Lo anterior establece que para una presión limitada en la superficie, la pérdida de presión en el sistema de circulación deberá ser el 51% de la presión en la superficie y el 49% restante de la presión disponible se aplica a la barrena para el impacto óptimo.

Parámetros hidráulicos I

Impacto hidráulico.- La fuerza del impacto hidráulico se define como la relación del cambio del momento del fluido con el tiempo. El momento del fluido a través de la barrena es un producto de la densidad, gasto y velocidad del fluido en las toberas. Representado en forma matemática:

Donde:

IH. = Fuerza de impacto hidráulico, en lbs.

D.L.= Densidad del fluido de perforación, en lbs/gal.

Q = Gasto de bomba, en gal/min.

Vt = Velocidad del fluido en las toberas, en pies/seg.

g = Constante de la aceleración de la gravedad = 32.17 pies/seg2.

60 = Constante de conversión de min. a seg.

Fricción en las tuberías

En una tubería recta lisa, en la que el flujo laminar de un líquido se lleva a cabo, la resistencia al escurrimiento o flujo se origina por el esfuerzo tangencial o cortante de la viscosidad entre las partículas que se mueven en recorridos paralelos con diferentes velocidades. En la pared de la tubería, las partículas se adhieren a ella y no tienen movimiento. Las partículas en movimiento en la tubería están sujetas a un esfuerzo cortante viscoso, que disminuye conforme se aproxima al centro de la tubería. La variación de la velocidad a través de la tubería está totalmente determinada por el esfuerzo cortante viscoso entre las capas imaginarias en movimiento del líquido. Con frecuencia esta resistencia al flujo se describe como originada por la fricción en las paredes, o fricción en la tubería, pero el término se presta a confusiones, porque la resistencia es totalmente de una naturaleza viscosa. 

Si el flujo es turbulento, la variación de la velocidad a través del tubo, no queda determinada entonces únicamente por la viscosidad, sino que depende de la cantidad y resistencia de la turbulencia. Sin embargo, la cantidad presente de esfuerzo cortante viscoso es aumentada por los innumerables remolinos o vórtices que acompañan a dicha turbulencia, y las tuberías con paredes ásperas o incrustadas tienden a incrementar esta turbulencia. Además, como en el escurrimiento laminar, la resistencia al escurrimiento es totalmente un fenómeno de la viscosidad, aunque comúnmente se refiera como debida a la fricción de la tubería.