Toberas

PAPER SPE 15518 UN NUEVO SISTEMA DE BOQUILLAS PARA ALCANZAR TASAS MÁS ALTAS DE PERFORACIÓN

INTRODUCCIÓN
Teniendo en cuenta los diversos parámetros controlables de perforación, la potencia hidráulica es quizás el más versátil, y aunque su efecto es el menos comprendido. El uso principal de la energía hidráulica y el fluido de perforación tal como se aplica en las brocas de roca es limpiar elfondo del pozo y los dientes de la broca. Durante décadas, la energía hidráulica se ha determinado de acuerdo con aproximaciones de primer orden de los efectos de chorro en el jet, tales como la fuerza de impacto y para la potencia hidráulica. Estos factores fueron útiles para el personal de perforación, pero no proporcionó información suficiente para que el ingeniero diseñe intencionalmente unsistema hidráulico para limpiar la broca y el pozo.
Con el fin de alcanzar los objetivos de limpieza, se necesita saber no sólo la velocidad del chorro, sino también sus interacciones con el cuerpo de la broca y la formación que impacta. El desafío para encontrar las zonas de estancamiento, la tasa de erosión en las diferentes partes de la broca, y el movimiento de los ripios de roca se hizoevidente.
El artículo discute un estudio de simulación computarizada de las características del fluido en cada punto de importancia en la broca, el cual se ha utilizado para diseñar un sistema de boquilla nueva. Este estudio consta de mini boquillas extendidas, almohadillas estabilizadoras, y una tobera central. El diseño de un sistema hidráulico optimizado, incluyendo estudios de laboratorio y elanálisis estadístico de los datos de campo para la correlación entre la teoría y la práctica es presentado. Esta configuración de la boquilla integrada aumentó la tasa global de penetración de un promedio de 18 por ciento basado en 134 brocas con mini boquillas extendida corridas.
Los costos de perforación se disminuyeron en gran medida debido al aumento de la tasa de penetración.

ANÁLISIS DEL PAPERLa tasa de penetración que una broca puede lograr se basa en el efecto hidráulico del lodo de perforación para llevar a cabo dos funciones:
1) Prevención del embolamiento de la broca.
2) Mantener limpio el fondo del hueco.

Se ha demostrado que la fuerza de impacto de inyección y la velocidad del fluido en la parte inferior afecta la limpieza del pozo, y todo depende de la distancia del jetdel fondo del hueco. Al reducir la distancia entre la boquilla y el fondo del hueco, las boquillas extendidas aumentan el efecto hidráulico para una mejor rata de penetración.
Los intentos anteriores para construir boquillas extendidas para las brocas giratorias, con un diámetro menor que 8 3/4 pulgadas experimentaron tres problemas principales:
1) Construcción pesada necesaria para evitar queal romperse las boquillas interfirieran con la remoción de ripios.
2) El tiempo de instalación consumido fue largo
3) Flujo interno restrictivo que puede limitar los propios programas hidráulicos.

Una nueva filosofía de diseño de los tubos extendidos se ha considerado esencial para alcanzar el potencial del sistema de tobera extendida en estas brocas de pequeño diámetro. Mini boquillasextendidas, como se muestran en la figura 1, son fácilmente intercambiables en el pozo, y se extienden parcialmente.
BASES TEÓRICAS
Debido a la turbulencia, el chorro de fluido que emerge de una boquilla se convierte en parte en una mezcla con el fluido de los alrededores, que conduce a una rápida disipación de la energía cinética del fluido. Las partículas de fluido de los alrededores sonarrastradas en el chorro que resulta en un aumento de la masa de flujo en dirección aguas abajo.
Por consiguiente, el chorro se expande y su velocidad disminuye inversamente con la distancia desde la salida de la tobera. Los valores de la velocidad y la distancia de desde el plano de descarga puede ser expresado por las siguientes ecuaciones:
Velocidad=6.2*Vo*Dox Eq.1
Energía=4.1*Eo*Dox Eq.2...