DISEÑO DE UN PROGRAMA HIDRÁULICO PARA PERFORAR III

Debido a que existen varios autores de los modelos matemáticos, basando sus estudios en el tipo de fluido, patrón de flujos, propiedades reológicas, etc. Para el propósito de nuestro manual expondremos un ejemplo de cálculo tomando el modelo de la compañía Smith Tool para fluidos No-Newtonianos y flujos turbulentos. Considerando que dicho modelo era aplicado en la regla de cálculo hidráulico, que en años anteriores en el inicio de la hidráulica se usaron en el campo y por que generalmente en el interior de la sarta se tiene flujo turbulento, siendo el espacio anular, entre T.P. y agujero en donde podría haber flujo turbulento o laminar*. Modelo matemático para el cálculo de la caída de presión por fricción en el interior de la tubería y espacio anular.

Nota: Dichas fórmulas tienen algunos cambios en las unidades con respecto a la original, para hacerlas más prácticas y en el caso de la primera se ha estructurado en dos factores para evitar operaciones repetitivas.
 * El número de Reynolds, especifica el tipo de flujo.

DISEÑO DE UN PROGRAMA HIDRÁULICO PARA PERFORAR II

Los pasos a seguir en forma general, para el diseño del programa hidráulico, son: 

1. Llenar el formato con los datos requeridos. 

2. Seleccionar el gasto de bomba y emb/min. para perforar, con base a la determinación del gasto normal para perforar. Verificar la emb/min máxima de la bomba en donde se decide si se tiene que trabajar en paralelo. 

3. Calcular la caída de presión por fricción en el sistema de circulación: Equipo superficial, tubería de perforación, tubería extrapesada (H.W.), lastrabarrenas y espacio anular. 

4. Sumar las caídas de presión en el sistema de circulación, y por medio de una regla de tres simple calcular la presión para la barrena en los criterios del impacto hidráulico y H.P. hidráulico, y con base a la presión máxima de la bomba seleccione el criterio más aceptable. Recuerde que la presión de bombeo será igual a la suma de estas dos presiones. Si la presión de bombeo es demasiada alta o próxima a la presión máxima de la bomba, seleccione una presión de bombeo de acuerdo a las condiciones de su equipo y restarle la caída de presión total, siendo éste valor la presión disponible para la barrena.

5. Teniendo la caída de presión para la barrena seleccionada, se calculan los diámetros de las toberas y el resto de los parámetros hidráulicos expuestos en el manual del perforador.

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.