Los elementos críticos que pueden afectar la limpieza de los orificios incluyen los siguientes:
Velocidad de flujo / velocidad anular
Generalmente, en intervalos de hoyos casi verticales e inclinados moderadamente, la velocidad anular (AV) tiene el mayor impacto sobre si un hoyo puede limpiarse de recortes. Sin embargo, en pozos de gran ángulo y de alcance extendido (Zona III), AV ocupa el tercer lugar en importancia crítica, aunque hay una velocidad crítica por debajo de la cual no se formará un lecho de recortes [Gavignet y Sobey].
En la práctica, el caudal teórico óptimo puede variar del caudal alcanzable. El caudal alcanzable está restringido por las restricciones de presión de la superficie, la selección de la boquilla, el uso de herramientas MWD (medición durante la perforación) y el ECD permitido. Por otro lado, se gana poco con los AVs muy altos. De hecho, por encima de los 200 pies / min, generalmente se observa una pequeña mejora en la limpieza de los hoyos, y el efecto principal de aumentar la AV por encima de este nivel es aumentar la ECD.
En las aplicaciones de la Zona III, los barridos de baja viscosidad, son tan bajos que el régimen de flujo en el anular cambia de laminar a turbulento, pueden ser efectivos. Desafortunadamente, el volumen de fluido requerido para alcanzar una velocidad crítica para el flujo turbulento está frecuentemente fuera del caudal alcanzable para tamaños de orificios mayores a 8-1/2 pulgadas y con frecuencia está limitado por el ECD máximo permitido y / o los problemas de erosión del orificio.
Otra forma de aumentar la AV es reducir el tamaño planificado del anular utilizando una tubería de perforación de mayor diámetro exterior. Una tubería más grande no solo genera un espacio anular más pequeño, lo que aumenta la velocidad del fluido, sino que también aumenta el efecto de la rotación de la tubería en la limpieza del orificio. Por lo tanto, el aumento del diámetro exterior de la tubería de perforación a 6 5 8 pulgadas con uniones de herramienta de 8 pulgadas ha demostrado ser eficaz para ayudar en la limpieza de perforaciones de pozos de 8 1 2 pulgadas. Una advertencia: aunque la reducción del espacio anular puede mejorar mucho la limpieza del hoyo, también dificulta la pesca; de hecho, viola la regla de oro que estipula un espacio anular de 1 pulgada para las zapatas de lavado.
Reología
En un orificio hoyo (Zona I), el flujo laminar con PV bajo y YP elevado o valor n bajo y valor K alto (del modelo Power Law) producirá un perfil de viscosidad plana y sacará eficientemente los recortes del orificio [Walker ]. Los barridos viscosos y las píldoras fibrosas son efectivos para mover los recortes de un agujero vertical.
En un hoyo desviado (Zonas II y III), los recortes deben desplazarse unos pocos milímetros antes de apilarse a lo largo del lado inferior del orificio. En consecuencia, no solo es necesario eliminar los recortes del pozo, sino que también se debe evitar que formen lechos. Con frecuencia, no se descubre un lecho de recortes estabilizado hasta que se encuentra resistencia al intentar extraer la sarta de perforación del agujero. El monitoreo cercano de las caídas de presión dentro del anular con herramientas PWD puede proporcionar una advertencia de que la limpieza del hoyo no es óptima.
El aumento de AV junto con un bajo PV, una elevada viscosidad a baja velocidad de corte y las altas rpm de la sarta de perforación generalmente tenderán a minimizar la formación de un lecho de recortes. Para eliminar un lecho de recortes una vez que se ha formado, los barridos de alta densidad del fluido de baja viscosidad a altas y bajas tasas de corte, junto con la rotación de la tubería, a veces son eficaces para limpiar el hoyo. Los barridos viscosos y las píldoras fibrosas tienden a canalizarse a través de la parte superior de la tubería de perforación, que generalmente se asume que se encuentra en el lado inferior del hoyo.
Para los programas de perforación de alcance extendido, el modelado de bucle de flujo ha generado varias reglas básicas para la viscosidad de baja velocidad de cizallamiento para evitar la formación de lechos de corte. La regla más popular es que para los agujeros verticales, la lectura de Fann a 6 rpm debe ser de 1.5 a 2.0 veces el diámetro del agujero abierto [O'Brien and Dobson]. Otra regla de oro especifica una lectura Fann de 3 rpm o 6 rpm de al menos 10, aunque es preferible de 15 a 20.
Sin embargo, cada fluido de perforación tiene sus propias características reológicas, y estas reglas generales no garantizan una buena limpieza de los hoyos. Si el pozo que se va a perforar se considera crítico, es necesario realizar un modelado de limpieza de los orificios por parte de la empresa de servicio de fluido de perforación.
Los NAF generalmente proporcionan una excelente integridad de los cortes y un bajo coeficiente de fricción. Este último permite una rotación más fácil y, en la perforación de alcance extendido, más flujo alrededor del lado inferior de la sarta de perforación. A medida que la sarta de perforación gira más rápido, arrastra una capa de fluido de perforación, lo que a su vez perturba los cortes en el lado inferior y tiende a moverlos hacia arriba en el orificio.
La optimización del equipo de control de sólidos para mantener bajo el contenido de sólidos perforados de un fluido tiende a producir un PV bajo y un perfil reológico plano, mejorando así la capacidad del fluido para limpiar un agujero, particularmente en pozos de alcance extendido. El fluido se coloca más fácilmente en el flujo turbulento y puede acceder al lado inferior del orificio debajo del tubo de perforación con mayor facilidad. En el modelo de Herschel-Bulkley, una K moderada, una baja n (altamente adelgazante) y una alta T o Se consideran óptimos para una buena limpieza de hoyos.
Capacidad de carga
Solo tres parámetros de fluido de perforación son controlables para mejorar los sólidos perforados en movimiento desde el pozo: AV, densidad (peso del lodo [MW]) y viscosidad. Al examinar los cortes descartados de los agitadores de lutitas en pozos verticales y casi verticales durante un período de 10 años, se descubrió que los bordes afilados en los cortes se producían cuando el producto de esos tres parámetros era de aproximadamente 400,000 o más [Robinson]. La AV se midió en pies / min, MW en lb / gal y viscosidad (la consistencia, K, en el modelo de Power Law) en cP.
Cuando el producto de estos tres parámetros era de alrededor de 200,000, los recortes estaban bien redondeados, lo que indicaba una molienda durante el transporte hasta el pozo. Cuando el producto de estos parámetros era 100,000 o menos, los cortes eran pequeños, casi del tamaño de grano.
Así, el término índice de capacidad de carga (CCI) se creó al dividir el producto de estos tres parámetros por 400,000:
CCI = (AV) * (MW) * (K) / 400,000
Para asegurar una buena limpieza del agujero, el CCI debe ser 1 o mayor. Esta ecuación se aplica a perforaciones de pozo hasta un ángulo de 35 o , justo debajo de los 45 o Angulo de reposo de esquejes. El AV elegido para el cálculo debe ser el valor más bajo encontrado (por ejemplo, para operaciones en alta mar, probablemente en el elevador).
Si el cálculo muestra que el CCI es demasiado bajo para una limpieza adecuada, la ecuación se puede reorganizar (suponiendo que CCI.1) para predecir el cambio de consistencia, K, requerido para traer la mayoría de los recortes a la superficie:
K = 400,000 / (MW) * (AV)
Dado que los informes de lodo aún describen la reología del fluido de perforación en términos del modelo Bingham Plastic, se necesita un método para convertir fácilmente K en PV e YP. El cuadro que se muestra en la Figura 1.1 sirve bien para este propósito. En general, YP se puede ajustar con los aditivos apropiados sin cambiar significativamente la PV.
Figura 1.1 Conversión de Bingham Plastic Yield Point a Power Law K [Bourgoyne et al].
- Angulo del hoyo del intervalo
- Velocidad de flujo / velocidad anular
- Reología del fluido de perforación
- Densidad del fluido de perforación
- Tamaño de corte, forma, densidad e integridad.
- ROP
- Tasa de rotación de la sarta de perforación
- Excentricidad de la sarta de perforación
Velocidad de flujo / velocidad anular
Generalmente, en intervalos de hoyos casi verticales e inclinados moderadamente, la velocidad anular (AV) tiene el mayor impacto sobre si un hoyo puede limpiarse de recortes. Sin embargo, en pozos de gran ángulo y de alcance extendido (Zona III), AV ocupa el tercer lugar en importancia crítica, aunque hay una velocidad crítica por debajo de la cual no se formará un lecho de recortes [Gavignet y Sobey].
En la práctica, el caudal teórico óptimo puede variar del caudal alcanzable. El caudal alcanzable está restringido por las restricciones de presión de la superficie, la selección de la boquilla, el uso de herramientas MWD (medición durante la perforación) y el ECD permitido. Por otro lado, se gana poco con los AVs muy altos. De hecho, por encima de los 200 pies / min, generalmente se observa una pequeña mejora en la limpieza de los hoyos, y el efecto principal de aumentar la AV por encima de este nivel es aumentar la ECD.
En las aplicaciones de la Zona III, los barridos de baja viscosidad, son tan bajos que el régimen de flujo en el anular cambia de laminar a turbulento, pueden ser efectivos. Desafortunadamente, el volumen de fluido requerido para alcanzar una velocidad crítica para el flujo turbulento está frecuentemente fuera del caudal alcanzable para tamaños de orificios mayores a 8-1/2 pulgadas y con frecuencia está limitado por el ECD máximo permitido y / o los problemas de erosión del orificio.
Otra forma de aumentar la AV es reducir el tamaño planificado del anular utilizando una tubería de perforación de mayor diámetro exterior. Una tubería más grande no solo genera un espacio anular más pequeño, lo que aumenta la velocidad del fluido, sino que también aumenta el efecto de la rotación de la tubería en la limpieza del orificio. Por lo tanto, el aumento del diámetro exterior de la tubería de perforación a 6 5 8 pulgadas con uniones de herramienta de 8 pulgadas ha demostrado ser eficaz para ayudar en la limpieza de perforaciones de pozos de 8 1 2 pulgadas. Una advertencia: aunque la reducción del espacio anular puede mejorar mucho la limpieza del hoyo, también dificulta la pesca; de hecho, viola la regla de oro que estipula un espacio anular de 1 pulgada para las zapatas de lavado.
En un orificio hoyo (Zona I), el flujo laminar con PV bajo y YP elevado o valor n bajo y valor K alto (del modelo Power Law) producirá un perfil de viscosidad plana y sacará eficientemente los recortes del orificio [Walker ]. Los barridos viscosos y las píldoras fibrosas son efectivos para mover los recortes de un agujero vertical.
En un hoyo desviado (Zonas II y III), los recortes deben desplazarse unos pocos milímetros antes de apilarse a lo largo del lado inferior del orificio. En consecuencia, no solo es necesario eliminar los recortes del pozo, sino que también se debe evitar que formen lechos. Con frecuencia, no se descubre un lecho de recortes estabilizado hasta que se encuentra resistencia al intentar extraer la sarta de perforación del agujero. El monitoreo cercano de las caídas de presión dentro del anular con herramientas PWD puede proporcionar una advertencia de que la limpieza del hoyo no es óptima.
El aumento de AV junto con un bajo PV, una elevada viscosidad a baja velocidad de corte y las altas rpm de la sarta de perforación generalmente tenderán a minimizar la formación de un lecho de recortes. Para eliminar un lecho de recortes una vez que se ha formado, los barridos de alta densidad del fluido de baja viscosidad a altas y bajas tasas de corte, junto con la rotación de la tubería, a veces son eficaces para limpiar el hoyo. Los barridos viscosos y las píldoras fibrosas tienden a canalizarse a través de la parte superior de la tubería de perforación, que generalmente se asume que se encuentra en el lado inferior del hoyo.
Para los programas de perforación de alcance extendido, el modelado de bucle de flujo ha generado varias reglas básicas para la viscosidad de baja velocidad de cizallamiento para evitar la formación de lechos de corte. La regla más popular es que para los agujeros verticales, la lectura de Fann a 6 rpm debe ser de 1.5 a 2.0 veces el diámetro del agujero abierto [O'Brien and Dobson]. Otra regla de oro especifica una lectura Fann de 3 rpm o 6 rpm de al menos 10, aunque es preferible de 15 a 20.
Sin embargo, cada fluido de perforación tiene sus propias características reológicas, y estas reglas generales no garantizan una buena limpieza de los hoyos. Si el pozo que se va a perforar se considera crítico, es necesario realizar un modelado de limpieza de los orificios por parte de la empresa de servicio de fluido de perforación.
Los NAF generalmente proporcionan una excelente integridad de los cortes y un bajo coeficiente de fricción. Este último permite una rotación más fácil y, en la perforación de alcance extendido, más flujo alrededor del lado inferior de la sarta de perforación. A medida que la sarta de perforación gira más rápido, arrastra una capa de fluido de perforación, lo que a su vez perturba los cortes en el lado inferior y tiende a moverlos hacia arriba en el orificio.
La optimización del equipo de control de sólidos para mantener bajo el contenido de sólidos perforados de un fluido tiende a producir un PV bajo y un perfil reológico plano, mejorando así la capacidad del fluido para limpiar un agujero, particularmente en pozos de alcance extendido. El fluido se coloca más fácilmente en el flujo turbulento y puede acceder al lado inferior del orificio debajo del tubo de perforación con mayor facilidad. En el modelo de Herschel-Bulkley, una K moderada, una baja n (altamente adelgazante) y una alta T o Se consideran óptimos para una buena limpieza de hoyos.
Capacidad de carga
Solo tres parámetros de fluido de perforación son controlables para mejorar los sólidos perforados en movimiento desde el pozo: AV, densidad (peso del lodo [MW]) y viscosidad. Al examinar los cortes descartados de los agitadores de lutitas en pozos verticales y casi verticales durante un período de 10 años, se descubrió que los bordes afilados en los cortes se producían cuando el producto de esos tres parámetros era de aproximadamente 400,000 o más [Robinson]. La AV se midió en pies / min, MW en lb / gal y viscosidad (la consistencia, K, en el modelo de Power Law) en cP.
Cuando el producto de estos tres parámetros era de alrededor de 200,000, los recortes estaban bien redondeados, lo que indicaba una molienda durante el transporte hasta el pozo. Cuando el producto de estos parámetros era 100,000 o menos, los cortes eran pequeños, casi del tamaño de grano.
Así, el término índice de capacidad de carga (CCI) se creó al dividir el producto de estos tres parámetros por 400,000:
CCI = (AV) * (MW) * (K) / 400,000
Para asegurar una buena limpieza del agujero, el CCI debe ser 1 o mayor. Esta ecuación se aplica a perforaciones de pozo hasta un ángulo de 35 o , justo debajo de los 45 o Angulo de reposo de esquejes. El AV elegido para el cálculo debe ser el valor más bajo encontrado (por ejemplo, para operaciones en alta mar, probablemente en el elevador).
Si el cálculo muestra que el CCI es demasiado bajo para una limpieza adecuada, la ecuación se puede reorganizar (suponiendo que CCI.1) para predecir el cambio de consistencia, K, requerido para traer la mayoría de los recortes a la superficie:
K = 400,000 / (MW) * (AV)
Dado que los informes de lodo aún describen la reología del fluido de perforación en términos del modelo Bingham Plastic, se necesita un método para convertir fácilmente K en PV e YP. El cuadro que se muestra en la Figura 1.1 sirve bien para este propósito. En general, YP se puede ajustar con los aditivos apropiados sin cambiar significativamente la PV.
Figura 1.1 Conversión de Bingham Plastic Yield Point a Power Law K [Bourgoyne et al].
Ejemplo: se está perforando un pozo vertical con un fluido de perforación de 9.0 lb / gal que circula en un AV, con PV.15 cP e YP.5 lb / 100 pies 2 .
De la Figura 1.1, K.66 cP, y de la ecuación de CCI, CCI.0.07. Claramente, el agujero no se está limpiando adecuadamente.
Los recortes desechados en el shale shaker serían muy pequeños, probablemente de tamaño de grano. Para un lodo de tan baja densidad, la PV parece ser demasiado alta, muy probablemente el resultado de la trituración de los sólidos perforados. Resolver la ecuación para el valor K necesario para dar CCI.1 genera K.890 cP.
De la Figura 1.1, YP debe aumentarse a 22 lb / 100 ft 2 Si PV sigue siendo el mismo (15 cP).
Si los sólidos perforados no se eliminan, la PV continuará aumentando a medida que los sólidos perforados se muelen para formar partículas más pequeñas.
Cuando PV alcanza 20 cP, YP deberá elevarse a 26 lb / 100 ft 2 . A medida que aumenta PV y YP permanece constante, K disminuye.
Es más fácil limpiar el pozo (o transportar sólidos) si el PV es bajo. Se puede lograr un PV bajo si los sólidos perforados se eliminan en la superficie.
Características de los recortes
Cuanto más secos, más firmes y más pequeños sean los recortes, más fácil será extraerlos del hoyo. La broca pequeña de diamante policristalino (PDC), los pequeños cortadores de la broca generan pequeños cortes, que se asientan más lentamente que los grandes y se arrastran más fácilmente en la columna anular de fluido de perforación mediante la rotación de la sarta de perforación. Según la ley de Stokes, los cortes grandes se caerán de la suspensión más rápidamente que los cortes más pequeños, pero en los hoyos de ángulo alto, incluso los cortes más pequeños pueden asentarse y formar un lecho de recortes. Los recortes redondeados o aglomerados son indicativos de un período prolongado de tiempo en el pozo y una mala limpieza del hoyo.
Tasa de penetración
Prevenir los lechos de recortes en los pozos desviados es mucho más fácil que eliminarlos. Controlar el ROP instantáneo es una forma de evitar sobrecargar el anular con recortes. La ROP siempre debe controlarse para que el fluido tenga el tiempo suficiente para eliminar los cortes intactos del fondo del orificio y minimizar el aumento de la densidad del fluido en el anular. El tratamiento para la limpieza deficiente del hoyo es reducir la ROP, hacer circular el pozo y tomar medidas para optimizar la limpieza del mismo. Se proporciona información adicional en la siguiente sección.
Rotación de la tubería
A medida que aumenta la velocidad de rotación de la tubería, la tubería arrastra más fluido con ella. En los pozos desviados, esta capa de fluido de perforación altera los lechos de recortes que se han formado alrededor de la tubería mientras se encuentra en el lado inferior del orificio. Los cambios en los pasos parecen ser la norma, y en la mayoría de los casos ocurren a aproximadamente 85, 120 y 180 rpm.
Existe cierta evidencia de que, por encima de 180 rpm, se produce un flujo turbulento para muchos fluidos. En estos niveles altos, parece que hay poco beneficio adicional para la limpieza de hoyos al aumentar aún más la rotación de la tubería; lo más probable es que esto se deba a que los lechos de estacas no pueden formarse en un flujo turbulento Durante el deslizamiento, la limpieza de los orificios es mínima y es probable que se formen lechos de recortes. Por lo tanto, el deslizamiento debe mantenerse al mínimo durante cualquier operación de perforación. De hecho, esta es una de las razones por las que las herramientas orientables giratorias se han hecho populares.
Excentricidad de la Sarta de Perforación
En los pozos de ángulo alto, la sarta de perforación no permanece estable en la parte inferior del hoyo mientras gira. La sarta de perforación tiende a trepar la pared del pozo y retroceder, lo que proporciona agitación adicional, aunque también una degradación adicional de los recortes, al tiempo que ayuda en la remoción de lechos de recortes en el lado inferior del orificio.
TRADUCIDO DESDE https://oilfieldteam.com/en/a/learning/Drilling-Elements-That-Affect-Hole-Cleaning
