Introduccin a la OPTIMIZACION HIDRAULICACopyright 2001 Smith International, Inc.All rights reserved.

Diseo del Sistema Hidrulico

Diseo Hidrulico OptimizadoObjetivo: Determinar el tamao de las Boquillas y la Tasa de Flujo adecuada para optener el max. HSI or IF de la broca y limpiar el hoyo, dentro de la capacidad del equipo de perforacin.

Parmetros Hidrulicos de la BrocaTasa de Flujo (Q) = (Pump Stks x Output/stk)Cada de Presin en la Broca (Pbit) = (MWt. x Q2)/(10858 x TFA2)Potencia Hidrulica (HHPbit)= (Pbit x Q)/(1714)Hhp/sq.in. (HSI)= (HHPbit)/(.7854 x D2) Velocidad en las Boquillas (JV) = (.32086 x Q)/(TFA) Fuerza de Impacto (IF) = (JV)x(MWt.)x(Q)x(.000516)

MW = Densidad del LodoTFA = Area de Flujo Total - BoquillasD = Dimetro de la Broca

Hidrulica de la Broca Clculos RpidosEntrar:

Dimetro de la Broca TFA Densidad del Lodo. Tasa de Flujo

Tasa de FlujoMantener 25 a 80 GPM Por pulgada del Dimetro de la BrocaMuy baja = broca embotada / pobre limpieza del hoyoMuy alta = alto ECD / Hoyo y tubera lavados (washouts) Rango de ROP GPM / pulg. del diam. de la broca5 to 10 ft/hr- 25 to 3910 to 15 ft/hr- 35 to 4915 to 25 ft/hr- 38 to 5025 to 50 ft/hr- 40 to 60> 50 ft/hr- 50 to 80

Curvas de perforabilidad HidrulicaQ1 - Muy Blanda

Q2 - Blanda

Q3 - Media

Q4 - Media-Dura

Q5 - Dura

Q6 Muy Dura

Perdida de Presin en la BrocaDiseo Hidrulico para 50% a 65% de Perdida de Presin a travs de la BrocaPuede variar de acuerdo a la Tasa de Flujo requerida35% a 50% de Prdida de Presin en la Sarta de Perforacin y el AnularOptimizacin por Fuerza de Impacto (~50%)Optimizacin por Potencia Hidrulica (~65%)

Potencia HidrulicaMantener 2.5 a 8.0+ de Potencia Hidrulica por pulgada cuadrada del dimetro de la broca (HHP/in2 o HSI)ROP altas requieren mximo HSIMaximizar cuando hay potencia de bombeo disponiblePosible erosin en tricnicas con HSI > 5Algunas PDC se han corrido con HSI > 8Maximizar el HSI para reducir el embotamiento de la brocay el fondo del hoyoLodos de alta densidad / base agua Pozos profundos / Formacines reactivasProblemas Severos de derrumbes

Fuerza de Impacto Hidrulico (IF) Se optimiza para obtener una cada de presin en la broca de ~ 50% de la presin total de bombeo Usualmente se hace en hoyos someros / dimetros grandes, formaciones muy blandas, con altas ROPs Maximizar IF con altas Tasas de Flujos y tamaos de Boquillas grandes Ayudan a aliviar el embotamiento de la Broca en Formaciones Reactivas

Velocidad en las Boquillas Mantener una Velocidad en las boquillas entre 350 a 450 pies por segundoMejora el levantamiento de cortes y la ROPNo operar por debajo de 250 ft/secConsiderar correr 2 boquillas y un ciego, en vez de las tradicionales 3 boquillas (Flujo cruzado, mismo TFA)Optimizar con Mini-Jets para el mismo TFA

Velocidad en los Jets y Boquillas Tapadas3691 Brocas PDCDiametro

Que es lo Recomendado?Balancear la Limpieza del Hoyo vs. Potencia Hidrulica en la BrocaOptimizar el TFA (Boquillas) para obtener la mayor potencia hidrulica (HHP) a la mayor profundidad y con la densidad de lodo ms alta esperada para esa corrida Profundidad de Salida Simular la Tasa de Flujo/TFA que limpiara el hoyo efectivamente a la Profundidad de Salida Este TFA nos dara ms Fuerza de Impacto a la Profundidad de Entrada Donde usualmente tenemos altas tasas de Flujos, profundidades someras, altas ROPs y bajas densidades de lodo.

Presentacin Grfica

Modelo diseado con TFA optimizado para la mayor densidad del lodo a la mayor profundidad

La presin mxima es bloqueada en este modelo de diseoOptimizacin Hidrulica

Reglas para la Limpieza del HoyoInclinacin0-30 31-6061-90

Transporte de CortesSuspencinBoicot Duna Acumulacin de Cortes.NingunaCama de cortesCama de cortes.abanico de cortesDensidad del Lodolodos livianoslodos pesados lodos pesados(Estab. del hoyo)(Estab. del hoyo)Bajo YP (.4-.8)xDbit(1.0-1.2)xDbit(1.0-1.2)xDbitLSYP = (2 x (3rpm))-(6rpm)Rotacin de la tuberiaNo Requerida100-120 rpm150-180 rpm

Reglas para la Limpieza del Hoyo / Tasa de Flujo - gpmInclinacin0-30 31-6061-90

Tasa de Flujo25-80 gpmpor pulg Dbit

Diam. Hoyo 17.5600-1200700-120012.25425-1100490-11009.875250-900350-9008.5215-600300-6006.0150-360180-390Note Use altas Tasas de Flujo con las mayores ROPs

Consideraciones para Brocas PDC y Tricnicas

Propiedades vs. ROP

Arreglo y Tamao de las Boquillas en las Brocas PDCUna configuracin adecuada de las Boquillas facilita la rpida evacuacin de los cortesPreviene que los cortes se vayan hacia zonas de recirculacin del lodoMaximiza la velocidad del fluido a lo largo de los canales de evacuacin de cortesLa correcta orientacin y tamao de las Boquillas mejoran el ROP y la limpieza del hoyo

Arreglo y Tamao de las Boquillas en las Brocas PDCModelaje del movimiento de los cortes (CFD)El caso A muestra re-circulacin - Pobre LimpiezaEl caso B mayor velocidad y Mejor Limpieza

Reglas para la configuracin de Boquillas en las PDCEn lo posible, siempre coloque Boquillas del mismo tamao (arreglo simtrico)Si usa boquillas de diferente dimetro, siempre asegurese de que la mxima diferencia en tamaos corresponda a la combinacin de tamaos de boquillas permitidos (ver tabla) Coloque las Boquillas de MAYOR dimetro en el CENTRO de la broca

Combinacin de tamaos de Boquillas permitidos Menor tamao de Boquillas en la Broca7891011121314151618Combinaciones de tamaos permitidos8910, 1111, 1212, 1313, 1414, 1515, 1616, 181820, 22

Configuracin de Boquillas Inadecuada12 MA62HQ2 x 9/32 Orificios Fijos (ports)5 x 12/32 Boquillas2 x 14/32 Boquillas

4 Boquillas tapadas, embotamiento, baja ROPLas Boquillas ms grandes quese debieron colocar en esta broca son 11/32 (los ports de 9/32 son las Boquillas ms pequeas en la broca)

Comparacin de la Velocidad del FluidoVelocidad del Fluido (ft/sec)7 Bit260 gpm10 ppg lodoBoquillas: 12/32 Boquillas EstandarBoquillas Mini-Extendidas

Estudio de Comparacin del Flujo

Presin de Impacto sobre el fondo del Hoyo

Para Brocas Tricnicas 20% o menos del Flujo a travs de la boquilla central (En hoyos grandes, formaciones blandas y altas ROPs, incremente hasta 25% con Boquillas Difusoras) Boquillas de diferentes dimetros crean Flujo Asimtrico (conveniente) Use diferentes combinaciones de tipos de Boquillas (2 minis + 1 estandar) para crear flujo asimtrico con el mismo tamao de Boquillas (1) Boquilla tapada o ciega genera Flujo Cruzado. (Tape la Boquilla opuesta al cono con menor nmero de insertos en la hilera del calibreReglas para la configuracin de Boquillas en las Brocas Tricnicas

When European units are used, they are first converted to API and then stored into the database. All calculations are done in API. The values will be converted to European units again when pulled up.All constants of calculations will change when presented in European Units.This MI graph correlates ROP and horsepower for different Formacin types. This graph gives an indication and range of where hydraulics are too low, optimal or too high for various Formacin strengths and ROPs.These are theoretical optimals.The borehole bottom is best cleaned when the force exerted by the jets is at a MaximumObtained when circulation rates and bit Boquillas sizes are selected such the pressure drop across the bit is 48% of the total pump pressureExample for North Sea showing a 12-14% increase in plugged Boquillass when running jet velocities