Trep

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y

AMBIENTAL
CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS
DESARROLLO DE SOFTWARE PARA ANALIZAR LA HIDRÁULICA

DE PERFORACIÓN
Estudio Técnico presentado como requisito parcial para aprobar el trabajo de

titulación, para optar el Título de Ingeniero de Petróleos
Oswaldo Daniel Pabón Cruz
TUTOR: Ing. Jorge Augusto Erazo Basantes
Quito, Mayo 2016

DEDICATORIA
A mis amados PADRES, Oswaldo y Gladys, que con su sacrifico, ejemplo,

amor y sabios consejos, me guiaron para alentarme siendo una fuerza
primordial en vida para cumplir con mis objetivos, les amo.
A mis queridos HERMANOS, Guillermo y Juan Carlos, por ser mi ayuda y

motivación para seguir en la culminación de mis objetivos, les amo.
A mi amada ESPOSITA, Anita, quien supo brindarme todo su amor, cariño

y respeto; quien forma parte de mi vida y ahora de nuestros logros, Te amo.
A mi hermosa hijita, SCARLETT JULIETH, luz de mis ojos, que con sus
travesuras, alegrías, es mi fuente de inspiración y superación, Te adoro
corazón.
A mi tía y abuelita, Gilda, Mamita Loli, quienes siempre estuvieron

apoyándome, les amo.
Con amor y cariño,
Daniel Pabón Cruz
ii
AGRADECIMIENTO
Por un logro más en vida, agradezco de manera especial a Dios, por brindar
cada minuto de vida y fuerzas de superación.
A la Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería en Geología,

Minas, Petróleos y Ambiental, Carrera de Ingeniería de Petróleos, por sus
sabias enseñanzas.
Al Ing. Jorge Erazo Basantes y a los docentes miembros del tribunal por
sus sabias aportaciones académicas, por guiarme en este trabajo de
titulación con la más grande seriedad y profesionalismo, muchas gracias.
A mis padres y hermanos, por todo su esfuerzo, amor, cariño y sabios

consejos, que depositaron en mí, para ser una persona de bien. Les quiero
mucho.
A mi amada esposita e hijita, quienes son mi mayor inspiración de

superación, gracias por formar parte de mi vida y de mis logros, que ahora
son los nuestros.
A mí querida tía y abuelita, gracias por su comprensión y amor.
A mis queridos docentes de la FIGEMPA por su aporte académico, para mi

formación profesional, de manera especial al Ing. Gustavo Pinto Arteaga,
mis sinceros agradecimientos.
Con afecto y respeto,
Daniel Pabón Cruz
iii
AUTORIZACIÓN DE AUTORÍA INTELECTUAL
Yo, Oswaldo Daniel Pabón Cruz en calidad de autor del Estudio Técnico
realizado sobre “DESARROLLO DE SOFTWARE PARA ANALIZAR LA
HIDRÁULICA DE PERFORACIÓN”, por lo cual concedo a la UNIVERSIDAD
CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todo el material que me pertenece o
de parte de los que sujetan esta investigación con fines rigurosamente académicos
y/o de investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con singularidad de la presente

autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en
los artículos 5, 6 ,8 ,19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y
su Reglamento.
Quito, 4 de mayo de 2016.
___________________
Daniel Pabón Cruz

CI: 1002912838
Telf: 098 476 4245
E-mail: danielpaboncr@hotmail.com
iv
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y
AMBIENTAL
CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS
APROBACIÓN DEL TUTOR
Por la presente dejo constancia que en mi calidad de Tutor he leído, analizado y

revisado el Trabajo de Titulación, presentado por el señor Oswaldo Daniel Pabón
Cruz, para optar el Título de Ingeniero de Petróleos cuyo tema es:
“DESARROLLO DE SOFTWARE PARA ANALIZAR LA HIDRÁULICA
DE PERFORACIÓN”, e integrados los comentarios y cambios imprescindibles,
acuerdo que reúne los requerimientos y merecimiento suficiente para ser sujeto a
evaluación y exposición pública por parte del Tribunal que se designe.
Quito, 4 de Mayo de 2016.
Ing. Jorge Augusto Erazo Basantes
0600223762
TUTOR
v
DECLARATORIA DE ORIGINALIDAD
Yo, Oswaldo Daniel Pabón Cruz en calidad de autor declaro que el presente
Trabajo de Titulación para optar al título de Ingeniero de Petróleos de la
Universidad Central del Ecuador de la Facultad de Ingeniería de Geología, Minas,
Petróleos y Ambiental, es inédito, no ha sido realizado con anterioridad, ni
aceptado o empleado para el otorgamiento de calificación alguna, ni de título o
grado diferente al actual. El estudio a desarrollarse es el resultado de la
investigación del autor, excepto de las fuentes de información consultadas.
Oswaldo Daniel Pabón Cruz Ing. Jorge Augusto Erazo Basantes
1002912838 0600223762
vi
INFORME DE APROBACIÓN DEL TRIBUNAL
El Tribunal constituido por: Ing. Gustavo Pinto Arteaga, Ing Nelson Suquilanda,
Ing Marcelo Benítez, luego de calificar el Informe Final de Investigación del
trabajo de titulación denominado “DESARROLLO DE SOFTWARE PARA
ANALIZAR LA HIDRÁULICA DE PERFORACIÓN”, previo a la obtención
del título de INGENIERO DE PETRÓLEOS presentado por el señor Oswaldo
Daniel Pabón Cruz.
Emite el siguiente veredicto: APROBADO para su presentación oral.
Para constancia de lo actuado firman los miembros del tribunal.
Ing. Gustavo Pinto Arteaga

PRESIDENTE TRIBUNAL
vii
CONTENIDO GENERAL
DEDICATORIA _________________________________________________ ii
AGRADECIMIENTO ____________________________________________ iii
AUTORIZACIÓN DE AUTORÍA INTELECTUAL ___________________ iv
APROBACIÓN DEL TUTOR ______________________________________ v
DECLARATORIA DE ORIGINALIDAD ____________________________ vi
INFORME DE APROBACIÓN DEL TRIBUNAL ____________________ vii
CONTENIDO GENERAL ________________________________________ viii
ÍNDICE DE ANEXOS ___________________________________________ xii
ÍNDICE DE TABLAS ____________________________________________ xiii
ÍNDICE DE GRÁFICOS _________________________________________ xiv
ÍNDICE DE ECUACIONES ______________________________________ xv
RESUMEN _____________________________________________________ xvi
ABSTRACT ___________________________________________________ xvii
INTRODUCCIÓN _______________________________________________ 1
CAPÍTULO I ____________________________________________________ 2
GENERALIDADES ______________________________________________ 2
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ______________________ 2
1.1.1 Enunciado del problema ___________________________________ 2
1.1.2 Enunciado del tema _______________________________________ 2
1.1.3 Descripción del problema __________________________________ 2
1.2 JUSTIFICACIÓN ________________________________________ 3
1.3 OBJETIVOS _____________________________________________ 4
1.3.1 Objetivo general _________________________________________ 4
1.3.2 Objetivos específicos _____________________________________ 4
1.4 ENTORNO DEL ESTUDIO ________________________________ 5
1.4.1 Marco Institucional _______________________________________ 5
1.4.2 Marco Legal ____________________________________________ 6
1.4.3 Marco Ético_____________________________________________ 8
CAPÍTULO II ___________________________________________________ 9
MARCO TEÓRICO ______________________________________________ 9
2.1 Bases teóricas ____________________________________________ 9
viii
2.1.1 Fluido de perforación _____________________________________ 9
2.1.2 Funciones de los fluidos de perforación _______________________ 9
2.1.3 Propiedades de los fluidos de perforación ____________________ 10
2.1.4 Tipos de fluidos de perforación ____________________________ 11
2.1.4.1 Fluidos base agua ___________________________________ 11
2.1.4.2 Fluidos base aceite___________________________________ 11
2.1.4.3 Fluidos gaseosos ____________________________________ 11
2.1.4.4 Fluidos newtonianos _________________________________ 11
2.1.4.5 Fluidos no newtonianos _______________________________ 12
2.1.5 Patrones de flujo ________________________________________ 13
2.1.5.1 Flujo laminar _______________________________________ 14
2.1.5.2 Flujo turbulento _____________________________________ 14
2.1.5.3 Flujo transicional ____________________________________ 14
2.2 Hidráulica de perforación _________________________________ 15
2.2.1 Modelos reológicos ______________________________________ 16
2.2.1.1 Modelo plástico de Bingham ___________________________ 16
2.2.1.2 Modelo de la Ley exponencial _________________________ 17
2.2.1.3 Modelo de Herschel-Bulkley___________________________ 19
2.2.2 Parámetros del comportamiento de la hidráulica de perforación ___ 20
2.2.2.1 Tasa de penetración __________________________________ 20
2.2.2.2 Presión hidrostática __________________________________ 21
2.2.2.3 Velocidad anular ____________________________________ 21
2.2.2.4 Velocidad en los jets de la broca ________________________ 22
2.2.2.5 Caída de presión en la broca ___________________________ 22
2.2.2.6 Área de flujo total ___________________________________ 23
2.2.3 Análisis de la hidráulica __________________________________ 23
2.2.3.1 Pérdidas de presión anular y tubería de perforación _________ 24
2.2.3.2 Densidad Equivalente de Circulación ____________________ 26
2.2.3.3 Velocidad y tasa crítica _______________________________ 27
2.2.3.4 Presión de surgencia _________________________________ 28
2.2.3.5 Presión de suabeo ___________________________________ 28
2.2.3.6 Velocidad de deslizamiento y limpieza del pozo ___________ 28
2.2.4 Optimización de la hidráulica ______________________________ 28
2.2.4.1 Análisis de la hidráulica de la broca _____________________ 29
2.2.4.2 Máxima potencia hidráulica ___________________________ 29
2.2.4.3 Potencia hidráulica por pulgada cuadrada _________________ 29
2.2.4.4 Impacto hidráulico ___________________________________ 30
2.2.4.5 Optimización de los jets en la broca _____________________ 30
CAPÍTULO III _________________________________________________ 31
DISEÑO METODOLÓGICO _____________________________________ 31
ix
3.1 Metodología aplicada _____________________________________ 31
3.2 Tipo de investigación _____________________________________ 31
3.3 Procesamiento de información _____________________________ 31
3.4 Desarrollo del software ___________________________________ 32
3.4.1 Fundamento teórico _____________________________________ 32
3.4.2 Diagrama de flujo _______________________________________ 32
3.4.3 Descripción general _____________________________________ 34
3.4.4 Características del software _______________________________ 34
3.4.5 Requerimientos _________________________________________ 34
3.4.6 Limitaciones ___________________________________________ 34
3.5 Validación ______________________________________________ 35
CAPÍTULO IV _________________________________________________ 36
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS _______________ 36
4.1 Guía de usuario para el software SOLUCIONES HIDRÁULICAS 36
4.1.1 Acceso al programa _____________________________________ 36
4.1.2 Barra de herramientas ____________________________________ 38
4.1.3 Análisis de un archivo____________________________________ 39
4.1.3.1 Ingreso de información _______________________________ 39
4.1.3.2 Menú Reportes _____________________________________ 47
4.1.3.3 Guardar e imprimir un archivo _________________________ 48
4.1.3.4 Ayuda ____________________________________________ 48
4.2 Comprobación de resultados del pozo Oso A-75H aplicando el
software SOLUCIONES HIDRÁULICAS _________________________ 49
4.2.1 Resultados obtenidos en el reporte del pozo Oso A-75H _________ 49
4.2.1.1 Sección 26” ________________________________________ 49
4.2.1.2 Sección 16” ________________________________________ 50
4.2.1.3 Sección 12 ¼” ______________________________________ 51
4.2.1.4 Sección 8 ½” _______________________________________ 52
4.2.2 Resultados obtenidos aplicando el software SOLUCIONES
HIDRÁULICAS _____________________________________________ 54
4.2.2.1 Sección 26” ________________________________________ 54
4.2.2.2 Sección 16” ________________________________________ 56
4.2.2.3 Sección 12 ¼” ______________________________________ 58
4.2.2.4 Sección 8 ½” _______________________________________ 60
4.2.3 Interpretación de resultados _______________________________ 62
CAPÍTULO V __________________________________________________ 65
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES _______________________ 65
5.1 CONCLUSIONES _______________________________________ 65
x
5.2 RECOMENDACIONES __________________________________ 68
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ________________________________ 69
ANEXOS ______________________________________________________ 71
xi
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1: Currículum del autor----------------------------------------------------------- 71
xii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1 Funciones del fluido de perforación ------------------------------------------ 9
Tabla 2.2 Propiedades de los fluidos de perforación --------------------------------- 10
Tabla 4.1 Datos de corrida de broca sección 26”-------------------------------------- 49
Tabla 4.2 Datos de corrida de broca sección 16” -------------------------------------- 50
Tabla 4.3 Datos de corrida de broca sección 12 ¼”----------------------------------- 51
Tabla 4.4 Datos de corrida de broca sección 8 ½” ------------------------------------ 52
Tabla 4.5 Resultados obtenidos del reporte del pozo Oso A-75H ------------------ 53
Tabla 4.6 Datos del pozo Oso A-75H sección 26” ------------------------------------ 54
Tabla 4.7 Datos del pozo Oso A-75H sección 16” ------------------------------------ 56
Tabla 4.8 Datos del pozo Oso A-75H sección 12 ¼” --------------------------------- 58
Tabla 4.9 Datos del pozo Oso A-75H sección 8 ½” ---------------------------------- 60
Tabla 4.10 Resultados obtenidos utilizando el software.----------------------------- 62
Tabla 4.11 Comparación de resultados pozo Oso A 75H ---------------------------- 62
Tabla 4.12 Error relativo porcentual y promedio de la densidad equivalente de
circulación ---------------------------------------------------------------------------------- 63
Tabla 4.13 Error relativo porcentual y promedio del área total de flujo ----------- 64
Tabla 4.14 Error porcentual promedio de la hidráulica de perforación del pozo - 64
Tabla 5.15 Error relativo porcentual y promedio de la densidad equivalente de
circulación ---------------------------------------------------------------------------------- 66
Tabla 5.16 Error relativo porcentual y promedio del área total de flujo ----------- 66
Tabla 5.17 Error porcentual promedio de la hidráulica de perforación ------------ 67
xiii
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 2.1 Comportamiento de un fluido newtoniano ------------------------------ 12

Gráfico 2.2 Comportamiento de un fluido no newtoniano --------------------------- 13
Gráfico 2.3 Patrones de flujo ------------------------------------------------------------- 14
Gráfico 2.4 Comportamiento del modelo plástico de Bingham --------------------- 17
Gráfico 2.5 Comportamiento del modelo de la Ley exponencial ------------------- 18
Gráfico 2.6 Comportamiento del modelo de Herschel-Bulkley --------------------- 19
Gráfico 2.7 Sistema de circulación para la perforación ------------------------------ 20
Gráfico 3.1 Diagrama de flujo del software SOLUCIONES HIDRÁULICAS -- 33
Gráfico 4.1Inicio del software ----------------------------------------------------------- 36
Gráfico 4.2 Acceso al software ---------------------------------------------------------- 37
Gráfico 4.3 Pantalla principal del software -------------------------------------------- 38
Gráfico 4.4 Ingreso de datos para la geometría del pozo----------------------------- 39
Gráfico 4.5 Ingreso de datos del pozo -------------------------------------------------- 40
Gráfico 4.6 Ingreso de datos de litología del pozo ------------------------------------ 41
Gráfico 4.7 Ingreso de datos de herramientas de bha del pozo ---------------------- 42
Gráfico 4.8 Ingreso de datos de la tubería de perforación del pozo ---------------- 43
Gráfico 4.9 Ingreso de datos mecánicos de la broca de perforación---------------- 44
Gráfico 4.10 Ingreso de datos del fluido de perforación ----------------------------- 45
Gráfico 4.11 Ingreso de datos para la optimización de los jets ---------------------- 46
Gráfico 4.12 Reporte general de resultados -------------------------------------------- 47
Gráfico 4.13 Guardar e imprimir un análisis ------------------------------------------- 48
Gráfico 4.14 Resultados de la sección 26” utilizando el software ------------------ 55
Gráfico 4.15 Resultados de la sección 16” utilizando el software ------------------ 57
Gráfico 4.16 Resultados de la sección 12 ¼” utilizando el software --------------- 59
Gráfico 4.17 Resultados de la sección 8 ½” utilizando el software ---------------- 61
xiv
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 2.1 Modelo de fluido newtoniano -------------------------------------------11

Ecuación 2.2 Fluidos no newtonianos independientes del tiempo ------------------12
Ecuación 2.3 Número de Reynolds -----------------------------------------------------15
Ecuación 2.4 Modelo de Bingham ------------------------------------------------------16
Ecuación 2.5 Modelo de la Ley exponencial ------------------------------------------18
Ecuación 2.6 Modelo de Herschel-Bulkley --------------------------------------------19
Ecuación 2.7 Presión hidrostática -------------------------------------------------------21
Ecuación 2.8 Velocidad anular ----------------------------------------------------------21
Ecuación 2.9 Velocidad en los jets -----------------------------------------------------22
Ecuación 2.10a Caída de presión en la broca ------------------------------------------22
Ecuación 2.10b Caída de presión en la broca con el área total de flujo -----------23
Ecuación 2.11 Área total de flujo -------------------------------------------------------23
Ecuación 2.12 Pérdidas de presión anular por intervalos ----------------------------24
Ecuación 2.13 Pérdidas de presión anular total ---------------------------------------24
Ecuación 2.14 Número de Reynolds flujo laminar -----------------------------------25
Ecuación 2.15 Número de Reynolds flujo turbulento --------------------------------25
Ecuación 2.16 Pérdidas de presión en la tubería por intervalos ---------------------25
Ecuación 2.17 Pérdidas de presión total en la tubería de perforación --------------26
Ecuación 2.18 Densidad equivalente de circulación ----------------------------------26
Ecuación 2.19 Velocidad crítica en el espacio anular --------------------------------27
Ecuación 2.20 Tasa de flujo crítica en el espacio anular -----------------------------27
Ecuación 2.21 Máxima potencia hidráulica -------------------------------------------29
Ecuación 2.22 Potencia hidráulica por pulgada cuadrada ---------------------------29
Ecuación 2.23 Máximo impacto hidráulico --------------------------------------------30
xv
TEMA: “Desarrollo de software para analizar la hidráulica de perforación”
Autor: Oswaldo Daniel Pabón Cruz
Tutor: Ing. Jorge Augusto Erazo Basantes
RESUMEN
La hidráulica de perforación hace referencia al fluido que cumple un rol
fundamental durante la operación de perforación de un pozo hidrocarburífero,
donde, por medio del fluido, se transmite la presión necesaria que ayuda a la broca
a perforar la formación.
Para cumplir exitosamente las operaciones de perforación, se deben conocer los

parámetros del comportamiento hidráulico, con el objetivo de evitar problemas de
operación, obtener una máxima potencia hidráulica, mayor fuerza de impacto,
mejorar la tasa de penetración y por ende optimizar la perforación.
Con esta finalidad, se desarrolló un software “SOLUCIONES HIDRÁULICAS”

para calcular la hidráulica de perforación de pozos hidrocarburíferos como una
herramienta didáctica y de fácil manejo del usuario, que permite realizar los
cálculos de los parámetros que interviene en la hidráulica de perforación, de esta
manera el software puede ser utilizado para el avance académico de la Carrera de
Ingeniería de Petróleos y en la industria en general.
El usuario podrá tabular e ingresar datos para la obtención de resultados y

generación de reportes con una buena confiabilidad y seguridad que el software
ofrece.
PALABRAS CLAVE: HIDRÁULICA, FLUIDOS, BROCA, PERFORACIÓN,

SOFTWARE.
xvi
TITLE: Development of a software for analyzing hydraulics in drilling.
Author: Oswaldo Daniel Pabón Cruz
Tutor: Ing. Jorge Augusto Erazo Basantes
ABSTRACT
Hydraulics in drilling refers to the work that fluids do during drilling operations.
The fluid transfer the pressure needed to the bit to drill the formation.
To successfully complete the drilling operations, it is very important to know the

hydraulic drilling parameters to prevent operations problems, to get maximum
hydraulic power and maximum impact force, to improve the rate of penetration,
and to optimize drilling operations.
The software “SOLUCIONES HIDRÁULICAS” calculates the hydraulics in

drilling operations, and it is user-friendly. It can be used either as academic tool at
Universidad Central del Ecuador as well as in the public and private oil industry.
KEYWORDS: HYDRAULICS, FLUIDS, BIT, DRILLING, SOFTWARE.
I CERTIFY that the above and foregoing is a true and correct translation of
the original document in Spanish.
José Cóndor, PhD, PEng.

Profesor titular principal
Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleo, y Ambiente
Universidad Central del Ecuador
Jerónimo Leyton y Avenida La Gasca
Casilla 872A, Quito, Ecuador
xvii
INTRODUCCIÓN
La hidráulica de perforación detalla el uso adecuado de la energía hidráulica para

realizar la perforación de pozos hidrocarburíferos. Para ello el fluido de
perforación con sus características cumple un rol importante para el desarrollo de
la perforación.
Dentro de la ingeniería de perforación de pozos hidrocarburíferos, el efecto de la

hidráulica es uno de los factores más estudiados, donde se debe determinar cuanta
capacidad debe tener el fluido de perforación para remover y limpiar eficazmente
el pozo, obteniendo una mejor tasa de penetración (ROP) con el fin de optimizar
las operaciones en general.
Para el fluido de perforación debe tomarse en cuenta que según los requerimientos
de operación, el fluido tendrá un patrón de flujo distinto que puede ser laminar,
transicional y turbulento, es decir, para cada patrón de flujo que se presente en el
fluido, se definen las respectivas ecuaciones que serán utilizadas.
En la industria hidrocarburífera existen empresas petroleras que manejan

softwares comerciales que realizan un sinnúmero de actividades y cálculos, entre
ellas está la hidráulica de perforación, por tal razón, se ve la necesidad de
desarrollar una herramienta tecnológica con fines académicos en la Carrera de
Ingeniería de Petróleos con el nombre SOLUCIONES HIDRÁULICAS, la misma
que proporcione la capacidad de analizar y calcular la hidráulica de perforación
de pozos de forma precisa y con resultados confiables.
Teniendo en cuenta estos criterios, es primordial disponer de una herramienta

computacional que ayude al avance académico-institucional de la Carrera de
Ingeniería de Petróleos y de los profesionales de la rama con el propósito de
obtener resultados que cumplan exitosamente los objetivos de la operación de
perforación.
1
CAPÍTULO I
GENERALIDADES
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1.1 Enunciado del problema
¿SE PUEDE DESARROLLAR UN SOFTWARE PARA ANALIZAR LA
HIDRAÚLICA DE PERFORACIÓN?
1.1.2 Enunciado del tema

DESARROLLO DE SOFTWARE PARA ANALIZAR LA HIDRÁULICA DE
PERFORACIÓN
1.1.3 Descripción del problema

La operación de perforación de pozos hidrocarburíferos se rige en variables y
parámetros los cuales al no ser considerados óptimamente afecta su desarrollo
causando daños a las formaciones de interés. Por estas razones se producen
problemas al momento de atravesar dichas formaciones hasta llegar al objetivo
principal.
Una buena selección de parámetros y variables en la perforación de pozos, llevaría

a minimizar riesgos en la industria, tener un buen desempeño en razón de tiempo
y de esta forma conseguir una reducción de costos de operación.
2
1.2 JUSTIFICACIÓN
El análisis del comportamiento hidráulico del fluido de perforación es primordial

en toda la operación de perforación de pozos hidrocarburíferos, con él se puede
prescindir ciertos problemas operacionales y de esta manera optimizar los
procedimientos de perforación.
Con el desarrollo de un software “SOLUCIONES HIDRÁULICAS” para calcular

la hidráulica de perforación de pozos, ayudará a restar ciertos inconvenientes que
suceden en la operación de perforación, permitiendo tener una máxima potencia
hidráulica, mayor fuerza de impacto y mejor limpieza del pozo, con el objetivo de
optimizar la tasa de penetración y consecuentemente la operación de perforación.
Para ello, el software generará resultados confiables y seguros que validen a esta
herramienta, contribuyendo al desarrollo académico de los estudiantes y docentes
de la Carrera de Ingeniería de Petróleos como profesionales que ejercen en el área
de perforación de pozos hidrocarburíferos.
3
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo general
Desarrollar un software de hidráulica de perforación de pozos hidrocarburíferos
mediante el estudio de sus parámetros para el avance académico-institucional de
la Carrera de Ingeniería de Petróleos.
1.3.2 Objetivos específicos

 Analizar los parámetros que intervienen en el proceso hidráulico.
 Establecer datos para calcular la hidráulica de perforación utilizando el
software.
 Corroborar los resultados obtenidos para la validación del software.
 Disponer de una herramienta útil para el desarrollo académico de
estudiantes y docentes de la Carrera de Ingeniería de Petróleos.
4
1.4 ENTORNO DEL ESTUDIO
El presente trabajo de titulación se realiza dentro de lo establecido en la
Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería de Ingeniería en
Geología, Minas, Petróleos y Ambiental, Carrera de Ingeniería de Petróleos:
1.4.1 Marco Institucional

Universidad Central del Ecuador
La Universidad Central del Ecuador difunde el conocimiento científico-

tecnológico, para el análisis y solución de problemas nacionales, contribuyendo al
desarrollo del país. (Estatuto Universitario Universidad Central del Ecuador,
2010).
De acuerdo a sus principios de prevalencia académica y científica la producción

de conocimiento es primordial para un aporte académico y construcción de una
sociedad. (Estatuto Universitario Universidad Central del Ecuador, 2010).
Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental
La formación de profesionales bajo un marco de excelencia en la investigación de

los recursos naturales y energéticos del Ecuador, convierte a esta institución como
líder en el aprovechamiento de recursos energéticos mediante la contribución
académica. (Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental,
2015).
Carrera de Ingeniería de Petróleos
Formar integralmente a los profesionales, investigadores y técnicos críticos de

nivel superior con el conocimiento científico tecnológico para el análisis y
solución de problemas y el manejo de todas las actividades relacionadas con el
aprovechamiento sustentable de los hidrocarburos, con valores éticos, sociales y
ambientales; capaces de liderar equipos multidisciplinarios y tomar decisiones
para responder a las exigencias nacionales e internacionales. (Carrera de
Ingeniería de Petróleos, 2015).
5
1.4.2 Marco Legal
Constitución de la República del Ecuador
El Art 350. de la Constitución de la Republica dispone que: “El sistema de

educación superior tiene como finalidad la formación académica y profesional con
visión científica y humanista; la investigación científica y tecnológica; la
innovación, promoción, desarrollo y difusión de los saberes y las culturas; la
construcción de soluciones para los problemas del país, en relación con los
objetivos del régimen de desarrollo; y, en el inciso tercero del Art. 356, se
garantiza a los estudiantes la igualdad de oportunidades en el acceso, en la
permanencia, en la movilidad y en el egreso”.
Ley Orgánica de Educación Superior
Art. 123.- “Reglamento sobre el Régimen Académico.- El Consejo de Educación

Superior aprobará el Reglamento de Régimen Académico que regule los títulos y
grados académicos, el tiempo de duración, número de créditos de cada opción y
demás aspectos relacionados con grados y títulos, buscando la armonización y la
promoción de la movilidad estudiantil, de profesores o profesoras e investigadores
o investigadoras”
Art. 144.- “Tesis Digitalizadas.- Todas las instituciones de educación superior

estarán obligadas a entregar las tesis que se elaboren para la obtención de títulos
académicos de grado y posgrado en formato digital para ser integradas al Sistema
Nacional de Información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión
pública respetando los derechos de autor”.
Reglamento de Régimen Académico
El Art.21 inciso 3 del Reglamento de Régimen Académico, referente a la unidad

de titulación se establece que:
“Se consideran trabajos de titulación en la educación técnica y tecnológica

superior, y sus equivalentes, y en la educación superior de grado, los siguientes:
examen de grado o de fin de carrera, proyectos de investigación, proyectos
integradores, ensayos o artículos académicos, etnografías, sistematización de
experiencias prácticas de investigación y/o intervención, análisis de casos,
6
estudios comparados, propuestas metodológicas, propuestas tecnológicas,
productos o presentaciones artísticas, dispositivos tecnológicos, modelos de
negocios. Emprendimientos, proyectos técnicos, trabajos experimentales. Entre
otros de similar nivel de complejidad.”
Estatuto Universitario
Art. 212. “El trabajo de graduación o titulación constituye un requisito obligatorio

para la obtención del título o grado para cualquiera de los niveles de formación.
Dichos trabajos pueden ser estructurados de manera independiente o como
consecuencia de un seminario de fin de carrera”.
Para la obtención del grado académico de licenciado o del título profesional

universitario de pre o posgrado, el estudiante debe realizar y defender un proyecto
de investigación conducente a una propuesta que resolverá un problema o
situación práctica, con característica de viabilidad, rentabilidad y originalidad en
los aspectos de aplicación, recursos, tiempos y resultados esperados. Lo anterior
está dispuesto en el Art. 37 del Reglamento Codificado de Régimen Académico
del Sistema Nacional de Educación Superior. (Estatuto Universitario Universidad
Central del Ecuador, 2010)
Documento de Unidad de Titulación Especial de la Carrera de Ingeniería de

Petróleos aprobado por el CES entre las modalidades de titulación se
establece que:
Estudios Técnicos
Son trabajos que tienen como objeto la realización de estudios a equipos,

procesos, etc., referidos a aspectos de diseño, planificación, producción, gestión,
perforación, explotación y cualquier otro campo relacionado con la Ingeniería de
Petróleos con alternativas técnicas, evaluaciones económicas y valoración de los
resultados. (Carrera de Ingeniería de Petróleos, 2015)
7
1.4.3 Marco Ético
La presente investigación se inserta en el ámbito del respeto a los derechos de

autor, el manejo de información será exclusivamente con fines académicos y no
transgrede en ninguna de sus partes contra los principios éticos, morales,
económicos, normativas vigentes y protección al medio ambiente. El presente
trabajo de titulación es realizado bajo la autoría y originalidad del investigador.
8
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Bases teóricas
2.1.1 Fluido de perforación
El fluido de perforación usualmente conocido como lodo es una sustancia o
mezcla de sustancias con sus respectivas propiedades y características adecuadas,
y que tiene como principal función la perforación de pozos. Un fluido puede ser
gas, aire, agua, aceite, petróleo o combinaciones en diferentes porcentajes de
acuerdo a las exigencias de la industria. (PDVSA, 2002).
2.1.2 Funciones de los fluidos de perforación

La finalidad de un fluido de perforación es optimizar el proceso de perforación de
forma rápida y segura. En la tabla 2.1 se observan las funciones principales que
provee un fluido de perforación.
Tabla 2.1 Funciones del fluido de perforación

Elaborado: Daniel Pabón Cruz
Fluido de perforación
Funciones Descripción
De acuerdo a las propiedades físicas y químicas del fluido, éste
Transportar ripios debe cumplir con la remoción y transporte del ripio desde el fondo
del pozo hasta la superficie.
El fluido de perforación actúa como lubricante con el fin de enfriar
Enfriar y lubricar
la broca evitando el desgaste por fricción.
En función de la densidad y profundidad, el fluido ejerce una
Controlar la presión
presión hidrostática mayor a la de la formación, permitiendo
de formación
controlar el pozo.
Controlar las Esta función depende de la densidad del fluido y permite mantener
paredes del pozo las formaciones permeables y no permeables estables.
9
2.1.3 Propiedades de los fluidos de perforación
Son aquellas propiedades del fluido que se deben mantener durante las
operaciones de perforación. La tabla 2.2 indica las propiedades que un fluido
posee.
Tabla 2.2 Propiedades de los fluidos de perforación

Fluido de perforación
Propiedades Descripción
Indica la cantidad de masa por unidad de volumen, se expresa en lbs/gal
Densidad o ppg. La densidad controla la presión hidrostática del pozo evitando

una arremetida.
Es la velocidad a la cual una partícula se desliza respecto a otra en
Tasa de corte sentido recíproco al área de contacto, su variación es precisa a través de
todo el sistema de circulación.
Es la resistencia que el fluido ofrece al movimiento cuando éste se
Esfuerzo de desliza sobre una unidad de superficie plana que puede ser la pared de
corte
la tubería de perforación.
Es conocida como la velocidad a la que la capa de un fluido de
Velocidad de perforación se desliza sobre una capa o superficie adyacente generando
corte
un gradiente de velocidad.
Se describe como la resistencia que ofrece un fluido al movimiento o
Viscosidad
flujo.
Detalla la resistencia al movimiento del fluido que es originada por la
Viscosidad
plástica presencia de la fuerza de rozamiento mecánica.
Es la fuerza de atracción entre las partículas, dicha fuerza se mantiene
Punto cedente
en el fluido cuando éste actúa en movimiento.
El potencial de hidrógeno indica si el fluido de perforación es ácido o
pH
básico.
Es la fuerza que permite mantener en suspensión los ripios evitando su
Fuerza de gel
retorno hacia el fondo del pozo.
Esta propiedad depende de la densidad del fluido y permite mantener en
Flotabilidad flote la sarta de perforación y tubería de revestimiento debido al factor
de fricción.
Un fluido de alta calidad permite la toma de núcleos y posterior
Evaluación
evaluación de formaciones perforadas.
10
2.1.4 Tipos de fluidos de perforación
2.1.4.1 Fluidos base agua

Los fluidos base agua son considerados casi perfectos debido a que no se
comprimen cuando se ejerce presión y resultan de una mezcla entre líquidos,
sólidos y químicos donde la fase continua es el agua. (Drilling Fluid Manual,
2001).
2.1.4.2 Fluidos base aceite

Según la publicación de Baroid, 1999, los lodos base aceite son aquellos donde su
fase continua es un aceite derivado de petróleo (diesel) o mineral. Es utilizado
para altas temperaturas y ambientes de sal y calcio.
2.1.4.3 Fluidos gaseosos

Los fluidos gaseosos están constituidos por su fase continua que puede ser aire o
gas, son utilizados en pozos donde las pérdidas de circulación son severas y
además en formaciones sumamente consolidadas y duras. (Baker Hughes, 1998).
2.1.4.4 Fluidos newtonianos

Los fluidos newtonianos en un rango determinado de temperatura y presión, son
aquellos que tienen una viscosidad constante. Estos fluidos se desplazan cuando
se aplica una fuerza llamada esfuerzo cortante. (Méndez, Pérez, & Paniagua,
Enero, 2010).
La ecuación 2.1 describe la reología de un modelo de fluido newtoniano:
2.1
Dónde:
µ = viscosidad, poise (Newton.seg/m2)
τ = esfuerzo de corte (Newton/m2)
γ = tasa de corte (seg-1)
11
Para los fluidos newtonianos tenemos que la relación entre el esfuerzo de corte es
directamente proporcional a la velocidad de corte, donde la constante es la
viscosidad como indica el gráfico 2.1.
Gráfico 2.1 Comportamiento de un fluido newtoniano
Fuente: Manual de fluidos de perforación (Energy API, 2000)
2.1.4.5 Fluidos no newtonianos

Según la publicación de Energy API del año 2000, los fluidos no newtonianos se
caracterizan por no tener una viscosidad constante o única, lo que determina que
no se pueda describir el comportamiento del flujo para cada respectiva velocidad
de corte en la que el fluido esté expuesto.
La ecuación 2.2 describe el comportamiento de un fluido no newtoniano.
2.2
Dónde:
µ = viscosidad, poise (Kg.m-2.seg-1)
K = índice de consistencia (Kg/0,005m2)
n = índice de comportamiento del flujo (adimensional)
12
Para el caso de los fluidos no newtonianos como se indica en el gráfico 2.2, la
relación que existe entre el esfuerzo de corte y velocidad de corte no es constante,
es decir la viscosidad varía para cada velocidad de corte
Gráfico 2.2 Comportamiento de un fluido no newtoniano

Fuente: Manual de fluidos de perforación (Energy API, 2000)
2.1.5 Patrones de flujo

Los patrones de flujo o regímenes de flujo son aquellos que intervienen en el
análisis del comportamiento de los fluidos, y estos obedecen a la velocidad con la
que está circulando el fluido. El gráfico 2.3 ilustra cada patrón de flujo.
13
Gráfico 2.3 Patrones de flujo
Fuente: Manual de fluidos de perforación (Drilling Fluid Manual, 2001)
2.1.5.1 Flujo laminar

Es cuando las partículas del fluido circulan en sentido paralelo al eje de una
tubería. El flujo laminar tiene lugar entre bajas y moderadas tasas de corte. En la
perforación de pozos el flujo laminar está formado por el movimiento a baja
velocidad y alta viscosidad del lodo. (PDVSA, 2002).
2.1.5.2 Flujo turbulento

Este tipo de régimen ocurre cuando las partículas del fluido tienen un recorrido
desordenado (caótico) por lo que existe mayor fricción en las paredes de la tubería
y por lo tanto las velocidades de corte son altas. (Baroid, 2000).
2.1.5.3 Flujo transicional

Este tipo de régimen se presenta cuando el flujo cambia de flujo laminar a flujo
turbulento o viceversa. (Baroid, 2000).
A través del número de Reynolds, que es un número adimensional el mismo que

relaciona la viscosidad, densidad, velocidad y diámetro de la tubería por donde
circula el fluido, se determina el patrón del flujo.
14
La ecuación 2.3 detalla el número de Reynolds:
2.3
Dónde:
Re = número de Reynolds (adimensional)
ρ = densidad del fluido (Kg/m3)
V = velocidad del fluido (m/seg)
D = diámetro de la tubería (m)
µ = viscosidad del fluido (Kg/m.s)
La tabla 2.3 indica el tipo de flujo que tendremos una vez que se haya calculado el
número de Reynolds:
Tabla 2.3 Régimen de flujo

Número de Reynolds Régimen de flujo

Re ≤ 2100 Flujo laminar
2100 < Re ≤ 4000 Flujo transicional
Re > 4000 Flujo turbulento
2.2 Hidráulica de perforación

La Hidráulica es el estudio del movimiento de líquidos y de la solución de los
problemas que ocurren con su utilización. Dentro de la perforación de pozos
cumple un factor muy importante debido a que el fluido circulado por las bombas
del taladro a través del equipo superficial, sarta de perforación, jets de la broca y
espacio anular desempeña funciones fundamentales para cumplir con las
operaciones de perforación.
Dentro de las funciones más importantes se tiene: la limpieza de los cortes

generados por la broca, el fluido debe ser densificado para controlar la presión y
dar estabilidad al pozo. Es por esta razón que se debe tener un equilibrio de los
15
parámetros involucrados para el cumplimiento de las funciones del lodo de
perforación para que se tenga un mínimo de perjuicio de un parámetro sobre otro.
Una vez se haya establecido la densidad y reología del fluido de perforación en

función de las formaciones a perforar, se procede a realizar cálculos de hidráulica.
También se necesita el perfil de velocidad anular, presión hidrostática, tasa crítica,
fuerza de impacto y potencia hidráulica que son parámetros los cuales deben ser
optimizados durante la perforación.
2.2.1 Modelos reológicos

La reología se utiliza para analizar el comportamiento del flujo y la alteración de
la materia, estudia el dominio de los parámetros que intervienen en las
características que tomará el flujo a lo largo de su trayectoria por el sistema de
circulación. (Barnes, Hutton, & Walters, 1989).
Un modelo reológico es aquel que describe la relación que un fluido experimenta

entre el esfuerzo de corte y la tasa de corte.
Con estos antecedentes la reología ayuda a adaptar las propiedades que debe tener
un fluido de perforación, tasa y tamaño de jet para optimizar la tasa de
penetración.
2.2.1.1 Modelo plástico de Bingham

El modelo de Bingham indica que después de haberse aplicado un valor mínimo
de esfuerzo ocurre el movimiento del fluido; cuando empiece el desplazamiento
del fluido, la relación entre esfuerzo de corte y velocidad de corte es lineal, a la
constante de esta relación se le conoce como viscosidad plástica. (DATALOG,
Enero, 2001).
Para fluidos de Bingham, se representa por la ecuación 2.4
2.4
Entonces:
16
Dónde:
τ = esfuerzo de corte (dinas/cm2)
YP = punto cedente (lb/100ft2)
VP = viscosidad plástica (cP)
ϴ300 = lectura del viscosímetro de Fann a 300 RPM
ϴ600 = lectura del viscosímetro de Fann a 600 RPM
El gráfico 2.4 indica el comportamiento del modelo plástico de Bingham.
Gráfico 2.4 Comportamiento del modelo plástico de Bingham
2.2.1.2 Modelo de la Ley exponencial

El modelo de la Ley exponencial describe el aumento del esfuerzo de corte en un
fluido de acuerdo a la tasa de corte. Este modelo tiende al comportamiento de un
lodo de perforación a bajas velocidades de corte. (Baker Hughes, 1998).
17
El modelo de la ley exponencial se expresa con la ecuación 2.5:
( ) 2.5
Dónde:
K = índice de consistencia (lb/100ft2)
Para el cálculo de n se tiene:
Para el cálculo de K se tiene:
( ⁄ )
El gráfico 2.4 indica el comportamiento del modelo de la ley exponencial.
Gráfico 2.5 Comportamiento del modelo de la Ley exponencial
18
2.2.1.3 Modelo de Herschel-Bulkley
El modelo de Herschel-Bulkley o Modelo de Ley Exponencial Modificada es
considerado como el modelo de tres parámetros, es decir tiene las características
de los modelos antes expuestos. Proporciona resultados más precisos del
comportamiento reológico del fluido. (Baker Hughes, 1998).
Matemáticamente, se define el modelo de Herschel-Bulkley con la ecuación 2.6:
( ) 2.6
Dónde:
n = índice de comportamiento de flujo (adimensional)
τo = límite de esfuerzo (dinas/cm2)
γ = velocidad de corte (seg-1)
El gráfico 2.6 indica el comportamiento del modelo de Herschel-Bulkley con

respecto a los otros modelos antes mencionados.
Gráfico 2.6 Comportamiento del modelo de Herschel-Bulkley
19
2.2.2 Parámetros del comportamiento de la hidráulica de perforación
La perforación de pozos petroleros requiere de una adecuada hidráulica que
mejore la eficiencia de la broca y provea una eficaz limpieza del pozo. De esta
manera se evalúan los parámetros críticos que interviene en el análisis hidráulico
para un sistema de circulación. La gráfico 2.1 indica un sistema de circulación
para la perforación de pozos.
Gráfico 2.7 Sistema de circulación para la perforación
Fuente: Oil and Gas Well Drilling
2.2.2.1 Tasa de penetración

Es la cantidad de volumen de fluido bombeado por unidad de tiempo. Para las
operaciones de perforación se considera el diseño de la sarta de perforación,
reología, peso de la columna hidrostática. Se debe considerar además posibles
fracturas en las formaciones que conllevan a una pérdida de circulación.
(Schlumberger).
20
2.2.2.2 Presión hidrostática
Es la presión que ejerce la densidad o peso de la columna de fluido de perforación
mientras esta se encuentra en reposo, es decir no está circulando. La presión
hidrostática cumple un papel importante en la estabilidad y control de las
presiones de formación y de esta manera garantizar una segura operación de
perforación. (Energy API, 2000).
La presión hidrostática se calcula a partir del peso del lodo (ρ) y la profundidad
vertical verdadera (TVD), con la ecuación 2.7:
2.7
Dónde:
Ph = presión hidrostática (psi)
ρ = peso del lodo (lbm/gal)

TVD = profundidad vertical verdadera (ft)
2.2.2.3 Velocidad anular
Es un parámetro que determina la velocidad del fluido con que se mueve dentro
del espacio anular. Esta velocidad debe ser mayor que la velocidad de caída de los
ripios para que estos puedan ser removidos, teniendo una óptima limpieza del
pozo y evitar atascamiento o pega de tubería. (Energy API, 2000).
Se utiliza la ecuación 2.8 para determinar la velocidad anular:
⁄( ) 2.8
Dónde:
Va = velocidad anular (ft/min)
Q = tasa de penetración (gal/min)
Dh = diámetro del pozo (in)
Dt = diámetro de tubería (in)
21
2.2.2.4 Velocidad en los jets de la broca
Es la velocidad necesaria que un fluido tiene en cada jet de la broca para la
limpieza y transporte continuo de los cortes hasta superficie. Para una formación
que genere más cortes, la velocidad en los jets será más crítica. (Cruz, 2009).
Este parámetro es determinado por la ecuación 2.9:
2.9
Dónde:
Vjets = velocidad en los jets (ft/seg)
At = suma de las áreas de los jets en pulgadas cuadradas (in2)
2.2.2.5 Caída de presión en la broca

Es la sumatoria de las caídas de presión por fricción a través de los jets de la broca
y es determinada por el cambio de la energía cinética del fluido que circula por
una restricción de diámetro corto y se determina con la ecuación 2.10a.
( )
2.10a
Dónde:
∆Pbroca = pérdida de presión en la broca (psi)
ρ = densidad (lb/gal)
D = diámetro de los jets (in)
Dependiendo del tipo de broca (cortadores de diamantes), el área de flujo total

(TFA) y los factores apropiados de conversión son sustituidos dentro de la
ecuación anterior, para obtener la ecuación 2.10b.
22
( )
2.10b
Dónde:
∆Pbroca = pérdida de presión en la broca (psi)
Q = razón de flujo (gal/min)
TFA = área de flujo total (in2)
2.2.2.6 Área de flujo total

El área de flujo total (TFA) es el resultado de la sumatoria de todas las áreas de
los jets que tiene la broca por donde circula el fluido de perforación. El diámetro
de un jet usualmente se expresa en treintaidosavos de pulgada 1/32”.
La ecuación 2.11 permite calcular el área total de flujo:
( ) 2.11
Dónde:
At = área de flujo total (in2)
d1, d2, d3 = diámetro de los jets, (1/32 pulgada)
2.2.3 Análisis de la hidráulica

Según la publicación de Baker Hughes 1998, el análisis hidráulico es esencial
durante las operaciones de perforación; el objetivo principal es describir el
comportamiento de flujo que circula mediante la evaluación de los parámetros que
intervienen para el cálculo de la hidráulica de perforación.
A continuación se detalla los parámetros que se evalúan en el análisis:
Parámetros
1. Pérdidas de presión anular y tubería de perforación.

2. Densidad Equivalente de Circulación.
3. Velocidad y tasa crítica (resultados del comportamiento de flujo).
4. Presiones de surgencia y suabeo (control y estabilidad del pozo).
23
5. Velocidad de deslizamiento (reología, densidad del fluido).
6. Limpieza del pozo (remoción de ripios en el anular).
7. Optimización de la hidráulica (ejecución óptima de la perforación).
2.2.3.1 Pérdidas de presión anular y tubería de perforación

 Pérdidas de presión anular
La sumatoria de todas las caídas de presión en cada intervalo anular corresponde a

la pérdida de presión por fricción del espacio anular del pozo. Usualmente los
espacios anulares son divididos de acuerdo a cada diámetro hidráulico que
comprende el diámetro externo de la sarta de perforación y/o diámetro interno de
casing. (Energy API, 2000).
Se utiliza la ecuación 2.12 para calcular las caídas de presión en cada intervalo
anular:
( )
2.12
Dónde:
∆Pa = pérdidas de presión anular (psi)
D1 = diámetro exterior (DE) de la tubería de perforación (in)
D2 = diámetro interior (DI) del pozo o tubería de revestimiento (in)
Va = velocidad en cada intervalo anular (ft/seg)
fa = factor de fricción anular
ρ = densidad del fluido (lb/gal)
Lm = longitud de cada intervalo anular (ft)
Entonces, la pérdida de presión en el anular es representado como la sumatoria de

todas las pérdidas de presión como indica la ecuación 2.13.
( ) ∑ 2.13
24
Dónde:
∆Ppanular = pérdidas de presión anular total (psi)
Ʃ ∆Pa = sumatoria de intervalos de pérdidas de presión anular (psi)
Factor de fricción del espacio anular:
El factor de fracción depende del número de Reynolds. Cuando el número de

Reynolds es inferior o igual a 2100, se utiliza la ecuación 2.14:
2.14
Para el caso que el número de Reynolds sea mayor a 2100, se utiliza la ecuación
2.15:
( )
2.15
[ ]
 Pérdida de presión en la tubería de perforación
Los intervalos que comprenden la sarta de perforación dependen del diámetro

interno (DI) de la tubería. Para cada intervalo se calcula la caída de presión para
luego determinar la pérdida de presión en la tubería de perforación que comprende
a la sumatoria de todos sus intervalos individuales. (Energy API, 2000).
La ecuación 2.16 es usada para calcular la pérdida de presión para cada intervalo.
2.16
Dónde:
∆Ppintevalo = pérdidas de presión tubería (psi)
Vp = velocidad (ft/min)
D = diámetro interno (DI) de la tubería (in)
25
L = longitud (ft)
fp = factor de fricción
Entonces, la sumatoria de las pérdidas de presión de cada intervalo de la tubería

de perforación indica la caída de presión total como señala la ecuación 2.17.
( ) ∑ 2.17
Dónde:
∆Pptubería = pérdidas de presión total en la tubería (psi)
Ʃ ∆Ppintervalos = sumatoria de intervalos de pérdidas de presión tubería (psi)
2.2.3.2 Densidad Equivalente de Circulación

Según el manual de Hidráulica Práctica Pemex Exploración y Producción de
(León), la densidad equivalente de circulación (ECD) es considerada como el peso
efectivo del fluido circulante en el fondo del pozo y equivale a la sumatoria del
peso del fluido representado por las pérdidas de presión de circulación anular y la
densidad del fluido de perforación, se expresa en lb/gal.
Con la ecuación 2.18 se determina la densidad equivalente de circulación (ECD).
[∑ ] 2.18
Dónde:
ECD = densidad equivalente de circulación (lb/gal)
PDa = caída de presión en el espacio anular (psi)
n = número de intervalos (adimensional)
LV = longitud vertical del intervalo (ft)
ρ = densidad del lodo (lb/gal)
26
2.2.3.3 Velocidad y tasa crítica
La velocidad crítica es la velocidad específica que determina cuando un flujo
experimenta una transición de turbulento a laminar o viceversa. El flujo turbulento
generalmente se presenta en el espacio anular, mientras que en la tubería de
perforación es laminar.
La ecuación 2.19 describe el cálculo de la velocidad crítica del espacio anular:
( )
[ ] 2.19
( )[( ) ]
Dónde:
Vc = velocidad crítica espacio anular (ft/seg)
Re = número de Reynolds (adimensional)
L = longitud (ft)
D2 = diámetro externo (in)

D1 = diámetro interno (in)
La tasa de flujo crítica se origina en la transición del cambio de flujo laminar a
turbulento o viceversa, está en función de la velocidad crítica que una vez
calculada, se procede a obtener la tasa crítica por medio de la ecuación 2.20:
( )( ) 2.20
Dónde:
Qc = tasa crítica del espacio anular (gal/min)
Vc = velocidad crítica (ft/seg)
D2 = diámetro externo (in)
D1 = diámetro interno (in)
27
2.2.3.4 Presión de surgencia
La presión de surgencia son los gradientes de presión generados por el
movimiento de la tubería de perforación cuando ésta se introduce dentro del pozo,
lo que origina presiones superiores a la presión hidrostática del fluido en el pozo.
(Annis & Smith, 1996)
2.2.3.5 Presión de suabeo

La presión de suabeo o succión son los gradientes de presión generados debido a
la disminución de la presión hidrostática de la columna del fluido en el momento
que la sarta de perforación está saliendo del pozo. (IADC, 2000)
2.2.3.6 Velocidad de deslizamiento y limpieza del pozo

Se denomina velocidad de deslizamiento o tasa de asentamiento cuando un ripio
de perforación es removido del pozo en sentido paralelo al movimiento del fluido
adquiriendo una velocidad constante durante su trayecto. (Annis & Smith, 1996)
Según la publicación de Annis & Smith 1996, la limpieza del pozo consiste en la
capacidad que tiene el fluido de perforación de levantar una partícula de ripio de
distinto espesor hacia la superficie.
La capacidad de limpieza depende de:
 Tasa de penetración
 Propiedades reológicas
 Velocidad de deslizamiento
 Diámetro de los ripios
 Densidad del fluido de perforación
2.2.4 Optimización de la hidráulica

La optimización de la hidráulica consiste en el uso adecuado y eficiente de la
presión del fluido de perforación con el objeto de conseguir una limpieza
apropiada de los ripios y optimizar la tasa de penetración de la broca. (León)
28
2.2.4.1 Análisis de la hidráulica de la broca
La hidráulica de la broca se optimiza en el impacto hidráulico, la potencia
hidráulica, la potencia hidráulica por pulgada cuadrada y es recomendable utilizar
la presión superficial de circulación proporcionada a la broca entre un porcentaje
del 50 al 65% para obtener una adecuada hidráulica. (Energy API, 2000)
2.2.4.2 Máxima potencia hidráulica

La máxima potencia hidráulica (MPH) es la energía disponible en el fluido que
sale por los jets de la broca con el fin de transportar los ripios de perforación,
lograr una limpieza eficiente del pozo y una tasa de penetración máxima.
(Halliburton DBS, 1997)
La potencia hidráulica del sistema es determinada con la ecuación 2.21, de la

forma siguiente:
2.21
Dónde:
MPH = Máxima potencia hidráulica del sistema (hp)
∆PTotal = total de pérdidas de presión del sistema (psi)
2.2.4.3 Potencia hidráulica por pulgada cuadrada

La potencia hidráulica por pulgada cuadrada (PHppc) es el número de caballos de
fuerza por el diámetro de la broca al cuadrado expresado en pulgadas.
(Halliburton DBS, 1997).
La potencia hidráulica por pulgada cuadrada se calcula con la ecuación 2.22:
2.22
Dónde:
PHppc = Potencia hidráulica por pulgada cuadrada (hp/in2)

Tamaño de la broca = diámetro de la broca (in)
PHb = potencia hidráulica en la broca (hp)
29
2.2.4.4 Impacto hidráulico
El impacto hidráulico (IH) consiste en la remoción eficiente de los ripios de
perforación cuando se maximiza la potencia hidráulica del fluido contra la
formación, lo cual ayuda a la perforación.
De acuerdo con la segunda ley de Newton, la fuerza de impacto inducida por el

lodo en el fondo del pozo puede calcularse con la ecuación 2.23:
2.23
Dónde:
IH = Máximo impacto hidráulico (psi)
Vn = velocidad de la broca (ft/seg)
2.2.4.5 Optimización de los jets en la broca

Para la optimización de la hidráulica se requiere dimensionar los jets de la broca
mediante la selección adecuada de sus diámetros, con el fin de maximizar la
fuerza de impacto del fluido sobre la formación consiguiendo una mayor tasa de
penetración (ROP) para una óptima limpieza del pozo.
30
CAPÍTULO III
DISEÑO METODOLÓGICO
3.1 Metodología aplicada

En el mundo de la ingeniería de software es indispensable desarrollar
metodologías que se apoyen en el criterio de evolución. El presente proyecto tiene
su propuesta metodológica como: tipo de investigación, recopilación y
procesamiento de información, desarrollo del software y validación. Esta
estructura metodológica permitirá desarrollar y alcanzar los objetivos propuestos.
3.2 Tipo de investigación

La creación de un software comprende un tipo de investigación aplicada
tecnológica, que busca la generación de sistemas que interactúen con el mundo
físico al fin de brindar algún servicio puntual mediante la aplicación del
conocimiento. La investigación aplicada tecnológica es rigurosa y disciplinada
que utiliza datos para realizar un análisis sistematizado. (Pressman, 2010).
Con relación a los objetivos propuestos y el principio de investigación aplicada

tecnológica, se plantea un procedimiento para el desarrollo del software
SOLUCIONES HIDRÁULICAS que comprende: procesamiento de información,
desarrollo de software y validación.
3.3 Procesamiento de información

La información para el análisis de la hidráulica de perforación utilizando el
software SOLUCIONES HIDRÁULICAS, se organiza de la siguiente manera:
 Se tabula los datos para el análisis respectivo.
 Se ingresan los datos en el software para calcular los parámetros que
conforman la hidráulica de perforación.
 Luego se generan los cálculos y resultados.
 Para fácil manipulación de los resultados obtenidos, el software brinda la
opción de guardar y/o imprimir cada análisis realizado.
31
3.4 Desarrollo del software
3.4.1 Fundamento teórico
Según (Baker Hughes, 1998), el modelo de la Ley exponencial es utilizado para
el análisis hidráulico, en donde estudia el comportamiento del fluido en
parámetros esenciales que determinan la eficiencia de la perforación.
Los parámetros que se evalúan son:
1. Caída de presión anular y densidad equivalente de circulación.

2. Velocidad crítica y tasa de bombeo.
3. Caída de presión en la tubería de perforación.
4. Velocidades anulares promedio del fluido para diferentes tasas de
circulación, tamaños de pozos y tamaños de tubería de perforación.
5. Presiones de surgencia y succión.
6. Velocidad de deslizamiento y limpieza del pozo.
7. Análisis de la hidráulica de la broca.
8. Optimización de los jets en la broca.
3.4.2 Diagrama de flujo

El uso de un diagrama de flujo o de actividades, enriquece el caso de uso debido a
que facilita una representación gráfica de un proceso específico.
Después de analizar los parámetros que intervienen para el cálculo de la hidráulica

de perforación, se procede a la construcción de la interfaz que dará vida a este
proyecto mediante la incorporación de imágenes y animaciones para cada
parámetro de la hidráulica de perforación.
En el gráfico 3.1 se presenta el diagrama de flujo para la construcción del

proyecto, en él se detalla el proceso del ciclo de vida para el software.
32
Gráfico 3.1 Diagrama de flujo del software SOLUCIONES HIDRÁULICAS
33
3.4.3 Descripción general
El software SOLUCIONES HIDRÁULICAS es desarrollado en el lenguaje de
programación Visual Basic .Net (Community Edition) de Visual Studio 2015 con
licencia libre y tiene por objetivo calcular los parámetros que interviene en la
hidráulica de perforación de manera didáctica con el usuario a través del diseño
establecido. Este software está enfocado a estudiantes, docentes y profesionales
del área de perforación de pozos hidrocarburíferos.
3.4.4 Características del software

El software SOLUCIONES HIDRÁULICAS tiene las siguientes características:
 Fácil manejo por su diseño didáctico.

 El usuario ingresa datos mecánicos, reológicos y de herramientas de BHA.
 Los resultados generados por el software, pueden manejarse de manera
digital y/o física.
 Dibuja la geometría del pozo
 No requiere conexión a internet.
3.4.5 Requerimientos
Para un adecuado funcionamiento se requiere:
 Sistema operativo Windows

 Actualización de Microsoft .NET Framework versión 4.6.1 o la versión
actual de la tienda de Microsoft Corporation.
3.4.6 Limitaciones
 Los cálculos de hidráulica están basados en el Modelo de Ley exponencial
que es el más usado en la industria.
 El software está predeterminado para calcular los parámetros de la
hidráulica de perforación para cada una de las secciones perforadas de un
pozo hidrocarburífero como: sección 26”, sección 16”, sección 12 ¼” y
sección 8 ½” de un pozo.
34
 Las herramientas de ensamblaje de fondo para cada sección están
predeterminados para ser seleccionados sin opción a ocupar nuevas
herramientas, para ello se analizó las herramientas existentes y más
utilizadas en la industria para cada sección de perforación.
3.5 Validación
La validación de un software es un conjunto de tareas por seguir con el propósito
de garantizar que un programa o desarrollo tecnológico cumple con los estándares
de calidad, desarrollo, rendimiento y aceptación. (Pressman, 2010).
La construcción del software SOLUCIONES HIDRÁULICAS es todo un reto

informático que para su validación es necesario realizar pruebas de aceptación las
mismas que se centran en las características y funcionalidad del software,
permitiendo tener un criterio de cuan eficaz y fiable resulta ser. (Pressman, 2010)
Según (Pressman, 2010), se realiza una prueba de aceptación al software que

consiste en la corroboración de los resultados y el cálculo del error relativo en
porcentaje de la apreciación. Se debe resaltar que para una correcta validación de
un software como herramienta computacional eficaz existe un rango o métrica
significativa de tolerancia en porcentaje entre 0 a 1, donde 0 es ausencia y 1 el
valor máximo.
Un software que cumpla con los estándares de calidad y correcto funcionamiento

debe estar dentro del rango de tolerancia para la generación de resultados fiables
que se consigne como una herramienta segura para su uso.
35
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
4.1 Guía de usuario para el software SOLUCIONES HIDRÁULICAS
4.1.1 Acceso al programa

1. Después de la instalación, ingresar al programa con el acceso directo en el
escritorio como indica el gráfico 4.1.
Gráfico 4.1Inicio del software

Fuente: Software SOLUCIONES HIDRÁULICAS
36
2. Ingresar el usuario: figempa y contraseña: ingpetroleos como indica el gráfico
4.2.
Gráfico 4.2 Acceso al software

37
4.1.2 Barra de herramientas
3. La barra de herramientas del software está diseñada de manera didáctica para
una fácil navegación como indica el gráfico 4.3.
Gráfico 4.3 Pantalla principal del software

En la barra de herramientas encontramos: parámetros, reporte y ayuda
38
4.1.3 Análisis de un archivo
Para realizar un análisis de un pozo, debe ingresar en la opción parámetros, se
despliega un menú en donde ingresa los datos.
4.1.3.1 Ingreso de información

4. Geometría del pozo: Ingrese los datos para la geometría de perforación del
pozo como indica el gráfico 4.4.
Gráfico 4.4 Ingreso de datos para la geometría del pozo

39
5. Pozo: Ingrese los datos generales del pozo como se indica en el gráfico 4.5.
Gráfico 4.5 Ingreso de datos del pozo

40
6. Litología: Ingrese los datos correspondiente a la litología de la sección que se
analiza como indica el gráfico 4.6.
Gráfico 4.6 Ingreso de datos de litología del pozo

41
7. BHA (Bottom Hole Assembly): Ingrese los datos de medidas para cada
herramienta del ensamblaje de fondo de pozo como indica el gráfico 4.7.
Gráfico 4.7 Ingreso de datos de herramientas de bha del pozo

42
8. Tubería de perforación: Ingrese los datos mecánicos de la tubería de
perforación del pozo como indica el gráfico 4.8.
Gráfico 4.8 Ingreso de datos de la tubería de perforación del pozo

43
9. Broca: Ingrese los datos correspondientes a la broca de perforación utilizada
para la sección respectiva que se esté perforando como indica el gráfico 4.9.
Gráfico 4.9 Ingreso de datos mecánicos de la broca de perforación

44
10. Fluido: Ingrese los datos para el fluido de perforación utilizado para la
perforación como indica el gráfico 4.10.
Gráfico 4.10 Ingreso de datos del fluido de perforación

45
11. Optimización de los jets: Ingrese los datos para la optimización, para ello
utilice las tablas respectivas de pérdidas de presión de acuerdo al tipo de
equipo superficial utilizado como indica el gráfico 4.11.
Gráfico 4.11 Ingreso de datos para la optimización de los jets

46
4.1.3.2 Menú Reportes
En la generación de reportes se presentan los resultados como: reporte general,
reporte de litología y reporte de bha. Para ello si ingresa en el menú reportes y
seleccionamos el respectivo resultado.
12. Reporte general: Indica los resultados de los parámetros que interviene en
el análisis de la hidráulica de perforación del pozo como se observa en el
gráfico 4.12.
Gráfico 4.12 Reporte general de resultados

47
4.1.3.3 Guardar e imprimir un archivo
El software brinda la opción de imprimir y guardar cada reporte que se genera
para el manejo de la información en forma física y/o digital, como indica el
gráfico 4.13.
Gráfico 4.13 Guardar e imprimir un análisis

4.1.3.4 Ayuda
Para tener soporte técnico o contactar al desarrollador ingrese en la pestaña acerca
de que está dentro del menú ayuda.
48
4.2 Comprobación de resultados del pozo Oso A-75H aplicando el software
SOLUCIONES HIDRÁULICAS
4.2.1 Resultados obtenidos en el reporte del pozo Oso A-75H
4.2.1.1 Sección 26”

La tabla 4.1 indica el reporte de corrida de broca donde están los datos de bha,
datos hidráulicos y resultados.
Tabla 4.1 Datos de corrida de broca sección 26”
Fuente: Reporte de perforación Oso A-75H
HERRAMIENTAS DE BHA
No. Cantidad Herramienta DE (plg) DI (plg) Longitud (ft)
1 1 XR+C 26" 3.75 2.10
2 1 Bit Sub 9.00 3.00 2.13
3 1 2 x 9.5" Collar 9.50 3.00 59.13
4 1 Crossover 9.00 2.75 1.54
5 1 Crossover 7.44 3.25 2.34
6 1 HWDP 5.00 3.00 30.53
Longitud total BHA (ft) 97.77
DATOS HIDRÁULICOS
Densidad del lodo (ppg) 9,4
Viscosidad Plástica (cP) 12
Punto cedente (lb/100ft2) 14
Galonaje (gal/min) 250
Jets (1/32”) 4x16
Tasa de penetración (ft/hr) 11,7
Viscosímetro de Fann deg (θ3) 6
RESULTADOS
Densidad equivalente de circulación (lb/gal) 9,4
Área total de flujo (in2) 0,785
En la sección de 26”, por su poca profundidad de perforación, generalmente no

existe problemas operacionales y las propiedades del lodo no se alteran debido a
que son casi despreciables las pérdidas de presión por fricción y por tal razón, se
toma el valor de la densidad equivalente de circulación de 9,4 lb/gal.
49
4.2.1.2 Sección 16”
Tabla 4.2 Datos de corrida de broca sección 16”
HERRAMIENTAS DE BHA
1 1 Broca SDI519MHPX 16" 3.75 1.10
2 1 Motor A962M 9.625 7.88 33.04
3 1 8" pony monel 8.313 2.875 8.17
4 1 Estabilizador 15 3/4"od 8.060 2.810 8.76
5 1 8"pony monel 8.310 2.875 14.94
6 1 Mwd telescope 8.25" 8.340 5.900 27.94
7 1 8"monel 7.500 2.880 27.96
8 1 2x8" drill collar (2 joint) 8.000 2.813 59.54
9 1 Crossover 7.750 3.000 2.33
10 1 21x5"hwdp (21joints) 5.000 3 640.95
11 1 Martillo hidraulico 6.440 2.940 31.43
12 1 5x5"hwdp (5 joints) 5.000 3.000 150.47
13 1 5.5"misc. Sub 5.500 2,813 2.93
DATOS HIDRÁULICOS
Punto cedente (lb/100ft2) 15
Jets (1/32”) 4x16; 4x15
Tasa de penetración (ft/hr) 16,9
RESULTADOS
50
4.2.1.3 Sección 12 ¼”
Tabla 4.3 Datos de corrida de broca sección 12 ¼”
HERRAMIENTAS DE BHA
1 1 Msi519hsbpxx 8.750 3.750 1.00
2 1 Motor a800m7840xp 8.250 6.250 29.7
3 1 8"pony flexmonel 8.190 5.000 12.2
4 1 Lwd arc-8 8.380 2.810 21.33
5 1 Telescope 825 hf 8.250 5.900 27.8
6 1 8" monel 7.500 2.880 27.26
7 1 Crossover 7.750 3.000 2.33
8 1 22x5"hwdp (22 joints) 5.000 3.000 670.74
9 1 Martillo 6.440 2.949 31.43
10 1 19x5" hwdp (19 joints) 5.000 3.000 576.94
11 1 5.5"misc. Sub 5.500 2.813 2.93
12 1 5-1/2" 21.90 DPS 5.500 4.250 0.00
DATOS HIDRÁULICOS
2
Punto cedente (lb/100ft ) 35
Jets (1/32”) 7x18
Tasa de penetración (ft/hr) 61
RESULTADOS
51
4.2.1.4 Sección 8 ½”
Tabla 4.4 Datos de corrida de broca sección 8 ½”
HERRAMIENTAS DE BHA
1 1 Mdi616lebpx 5.750 2.250 0.83
2 1 Rss xceed 675 6.750 5.160 25.12
3 1 Lwd periscope 675 6.880 2.810 20.75
4 1 Mwd telescope 675 6.750 5.109 27.19
5 1 Monel 6.880 2.840 31.1
6 1 25x5" hwdp 5.000 3.000 761.19
7 1 Martillo 6.440 2.940 32.29
8 1 22x5"hwdp 5.000 3.000 670.74
9 1 5.5" misc. Sub 5.500 2.813 2.93
10 1 5-1/2"21.90 dps 5.500 4.250 0.00
DATOS HIDRÁULICOS
2
Punto cedente (lb/100ft ) 30
Jets (1/32”) 4x14; 2x15
Tasa de penetración (ft/hr) 28
RESULTADOS
Densidad equivalente de circulación (lb/gal) 14.08
Área total de flujo (in2) 0.946
52
La tabla 4.5 indica los resultados obtenidos del reporte del pozo Oso A -75H de
las cuatro secciones perforadas.
Tabla 4.5 Resultados obtenidos del reporte del pozo Oso A-75H
RESULTADOS POZO OSO A -75H

RESULTADOS Densidad
equivalente de Área total de flujo
SECCIÓN circulación
SECCIÓN 26” 9,4 lb/gal 0,785
SECCIÓN 16” 12,98 lb/gal 1,292
SECCIÓN 12 ¼” 13,19 lb/gal 1,740
SECCIÓN 8 ½” 14,08 lb/gal 0,946
53
4.2.2 Resultados obtenidos aplicando el software SOLUCIONES
HIDRÁULICAS
4.2.2.1 Sección 26”

La tabla 4.6 indica los datos del pozo Oso A-75H para el ingreso en el software de
la sección 26”.
Tabla 4.6 Datos del pozo Oso A-75H sección 26”
POZO OSOA-075H
ARENISCA "HOLLÍN
COMPAÑÍA OSO RESERVORIO
PRINCIPAL"
BLOQUE 7, LOCACIÓN
CAMPO OSO LOCACIÓN
A
POZO Oso A-75h SECCIÓN 26"
INFORMACIÓN DEL POZO
Longitud
250 MD (ft) Casing 0
Profundidad (ft)
anterior
249 TVD (ft) 19,00 I.D. (plg)
Tasa de
11,7 93
Perforación penetración (ft/hr) Long. parada (ft)
250 Q (gal/min) 0 Long. unión (ft)
diámetro partícula
0,2
Limpieza (plg)
pozo espesor partícula Jets
0,2
(plg) (1/32")
9,4 densidad (ppg) 4x16
Viscosidad plática Broca
17
(cP)
Fluido Punto cedente
15 4
(lb/100ft2) N° jets
6 Fann deg (θ3)
9 Fann deg (θ6)
ENSAMBLAJE DE FONDO DE POZO

Herramientas O.D. (plg) I.D.(plg) Longitud (ft)
Drill pipe –
5 3 151,23
Casing
Drill pipe –
5 3 249
Broca
Broca 8,75 3,75 2,10
Bit sub 9 3 2,13
2x9,5” Collar 9,5 3 59,13
Crossover 9 2,75 1,54
Crossover 7,43 3,25 2,34
HWDP 5 3 30,53
Longitud Total (ft) 97,77
54
El gráfico 4.14 indica los resultados obtenidos del reporte para la sección 26”
utilizando el software SOLUCIONES HIDRÁULICAS.
Gráfico 4.14 Resultados de la sección 26” utilizando el software
55
4.2.2.2 Sección 16”
la sección 16”.
Tabla 4.7 Datos del pozo Oso A-75H sección 16”
POZO OSOA-075H
ARENISCA "HOLLÍN
COMPANIA OSO RESERVORIO
PRINCIPAL"
BLOQUE 7, LOCACIÓN
CAMPO OSO LOCACIÓN
A
POZO Oso A-75h SECCIÓN 16"
Longitud
Profundidad (ft)
anterior
5868 TVD (ft) 19,00 I.D. (plg)
Tasa de
16,90 93
0,2
Limpieza (plg)
0,2
(plg) (1/32")
17 4x15
(cP)
15 8
6 Fann deg (θ3)
10 Fann deg (θ6)

Drill pipe –
5 3 4862
Casing
Drill pipe –
5 3 53
Broca
Broca 5,75 3,75 1,1
Motor 9,625 7,88 33,04
Monel 8,313 2,875 50,37
Estabilizador 8,060 2,81 8,76
MWD 8,34 5,9 27,94
Drill Collar 8 2,81 59,54
HWDP 2 5 3 640,95
Drilling Jar 6,44 2,94 31,43
HWDP 1 5 3 150,47
Sub 5,5 2,81 2,93
56
El gráfico 4.15 indica los resultados obtenidos del reporte para la sección 16”
Gráfico 4.15 Resultados de la sección 16” utilizando el software
57
4.2.2.3 Sección 12 ¼”
la sección 12 ¼”.
Tabla 4.8 Datos del pozo Oso A-75H sección 12 ¼”
POZO OSOA-075H
ARENISCA "HOLLÍN
COMPANIA OSO RESERVORIO
PRINCIPAL"
BLOQUE 7, LOCACIÓN
CAMPO OSO LOCACIÓN
A
POZO Oso A-75h SECCIÓN 12,25"
Longitud
Profundidad (ft)
anterior
8834 TVD (ft) 12,515 I.D. (plg)
Tasa de
61 93
0,2
Limpieza (plg)
0,2
(plg) (1/32")
31
(cP)
35 7
(lb/100ft2) N° Jets
9 Fann deg (θ3)
10 Fann deg (θ6)

Drill pipe –
5 3 7432,35
Casing
Drill pipe –
5 3 56
Broca
Broca 5,75 3,75 1
Motor 8,25 6,25 29,7
Monel 8,19 5 39,46
Stabilizer 8,38 2,81 21,33
MWD 8,25 5,9 27,80
HWDP 1 5 3 671
Martillo 6,44 2,95 31,43
HWDP 2 5 3 577
Sub 5,5 2,81 2,93
58
El gráfico 4.16 indica los resultados obtenidos del reporte para la sección 12 ¼”
Gráfico 4.16 Resultados de la sección 12 ¼” utilizando el software
59
4.2.2.4 Sección 8 ½”
la sección 8 ½”.
Tabla 4.9 Datos del pozo Oso A-75H sección 8 ½”
POZO OSOA-075H
ARENISCA "HOLLÍN
COMPANIA PAM RESERVORIO
PRINCIPAL"
BLOQUE 7, LOCACIÓN
CAMPO OSO LOCACIÓN
A
POZO Oso A-75h SECCIÓN 8 1/2"
Longitud
Profundidad (ft)
anterior
8964 TVD (ft) 8,681 I.D. (plg)
Tasa de
28 93
0,2
Limpieza (plg)
0,2
(plg) (1/32")
28 2x15
(cP)
30 6
11 Fann deg (θ3)
13 Fann deg (θ6)

Drill pipe –
8,681 5 7392
Casing
Drill pipe –
8,5 5 130
Broca
Broca 5,75 2,25 0,83
Motor Xceed 6,75 5,16 25,12
LWD 6,88 2,81 20,76
MWD 6,75 5,109 27,19
Monel 6,88 2,84 31,1
25x5" HWDP 5 3 761,19
Martillo 6,44 2,94 32,29
22x5" HWDP 5 3 670,74
Sub 5,5 2,813 2,93
60
El gráfico 4.17 indica los resultados obtenidos del reporte para la sección 8 ½”
Gráfico 4.17 Resultados de la sección 8 ½” utilizando el software
61
La tabla 4.10 indica los resultados obtenidos de las cuatro secciones del pozo
Tabla 4.10 Resultados obtenidos utilizando el software.
RESULTADOS POZO OSO A -75H

RESULTADOS Densidad equivalente de
SECCIÓN Área total de flujo
circulación
SECCIÓN 26” 9,419759 lb/gal 0,785396
SECCIÓN 16” 12,815836 lb/gal 1,291609
SECCIÓN 12 ¼” 13,251705 lb/gal 1,739530
SECCIÓN 8 ½” 14,079293 lb/gal 0,946464
4.2.3 Interpretación de resultados

Los resultados obtenidos de la densidad equivalente de circulación y el área total
de flujo utilizando el software SOLUCIONES HIDRÁULICAS se tabulan como
indica la tabla 4.11, donde se aprecia valores muy próximos con los resultados del
reporte del pozo.
Tabla 4.11 Comparación de resultados pozo Oso A 75H
RESULTADOS POZO OSO A 75H

RESULTADOS Resultados Reporte Resultados Software
Densidad
Densidad Área
equivalente Área total
equivalente de total de
de de flujo
SECCIÓN circulación flujo
circulación
SECCIÓN 26” 9,4 lb/gal 0,785 9,419759 lb/gal 0,785396
SECCIÓN 16” 12,88 lb/gal 1,292 12,815836 lb/gal 1,291609
SECCIÓN 12 ¼” 13,19 lb/gal 1,740 13,251705 lb/gal 1,739530
SECCIÓN 8 ½” 14,08 lb/gal 0,946 14,079293 lb/gal 0,946464
62
Para corroborar los resultados obtenidos utilizando el software con los resultados
del reporte del pozo, se calcula el error relativo expresado en porcentaje con la
ecuación 4.1:
| |
La tabla 4.12 indica el error relativo porcentual de la densidad equivalente de

circulación y el error promedio.
Tabla 4.12 Error relativo porcentual y promedio de la densidad equivalente de circulación
RESULTADOS
RESULTADOS
Resultados Reporte Resultados Software
Error
Densidad equivalente de Densidad equivalente de Relativo %
SECCIÓN
circulación circulación
SECCIÓN 26” 9,4 lb/gal 9,419759 lb/gal 0,21 %

SECCIÓN 12
13,19 lb/gal 13,251705 lb/gal 0,46 %
¼”
SECCIÓN 8 ½” 14,08 lb/gal 14,079293 lb/gal 0,005 %
Error relativo promedio ̅ 0,29 %
El error relativo porcentual promedio de la densidad equivalente de circulación de

las cuatro secciones perforadas del pozo Oso A-75H es 0,29 %.
63
La tabla 4.13 indica el error relativo porcentual del área total de flujo y el error
promedio.
Tabla 4.13 Error relativo porcentual y promedio del área total de flujo
RESULTADOS
RESULTADOS
Error Relativo %
SECCIÓN Área total de flujo Área total de flujo
SECCIÓN 26” 0,785 0,785396 0,05 %
SECCIÓN 16” 1,292 1,291609 0,03 %
SECCIÓN 12 1/4” 1,740 1,739530 0,02 %
SECCIÓN 8 1/2” 0,946 0,946464 0,05 %

El error relativo porcentual promedio del área total de flujo de las cuatro secciones
perforadas del pozo Oso A-75H es 0,04 %.
La tabla 4.14 indica el promedio del error porcentual del análisis hidráulico de
perforación del pozo Oso A-75H.
Tabla 4.14 Error porcentual promedio de la hidráulica de perforación del pozo
HIDRÁULICA DE PERFORACIÓN POZO OSO A-75H

Error promedio de la densidad
0,29 %
equivalente de circulación
Error promedio del área total de flujo 0,04 %
Error porcentual promedio 0,16 %
Para el análisis de la hidráulica de perforación que comprende las cuatro secciones

del pozo se puede corroborar los resultados obteniendo un error porcentual
promedio del 0,16 %, el mismo que está dentro del rango de validación (0% a
1%).
64
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
 El software SOLUCIONES HIDRÁULICAS fue creado en el lenguaje de

programación Visual Basic (Community Edition) de Visual Studio 2015
con licencia libre y tiene por objetivo calcular la hidráulica de perforación
de manera accesible y didáctica con el usuario a través del diseño
establecido y además permite un fácil manejo de la información generada
de forma física y digital.
 El análisis hidráulico utiliza el Modelo de la Ley Exponencial el cual

estudia el comportamiento del fluido en parámetros esenciales que
determinan la eficiencia de la perforación.
Los parámetros que se calcularon son:
1. Caída de presión anular y ECD.

2. Velocidad crítica y tasa de bombeo.
3. Caída de presión en la sarta de perforación.
4. Velocidades anulares promedio del fluido para diferentes tasas de
circulación, tamaños de pozos y tamaños de tubería de perforación.
5. Presiones de surgencia y succión.
6. Velocidad de deslizamiento y limpieza del pozo.
7. Análisis de la hidráulica de la broca.
8. Optimización de los jets en la broca.
 Con la utilización del software SOLUCIONES HIDRÁULICAS se

obtuvieron los resultados del análisis de la hidráulica de perforación del
pozo Oso A 75H con el objeto de corroborar los resultados obtenidos con
los resultados indicados en el reporte de perforación del pozo.
65
 Con el fin de evaluar el software SOLUCIONES HIDRÁULICAS como
una herramienta computacional eficaz, se calculó el error relativo
porcentual de los resultados obtenidos de la densidad equivalente de
circulación y el área total de flujo de cada sección del pozo Oso A-75H,
obteniéndose:
Tabla 5.15 Error relativo porcentual y promedio de la densidad equivalente de circulación
RESULTADOS
RESULTADOS
Error
Densidad equivalente de Densidad equivalente de Relativo %
SECCIÓN
circulación circulación

SECCIÓN 12
13,19 lb/gal 13,251705 lb/gal 0,46 %
¼”
SECCIÓN 8 ½” 14,08 lb/gal 14,079293 lb/gal 0,005 %
El error relativo porcentual promedio obtenido de la densidad equivalente

de circulación para el pozo Oso A-75H es de 0,29 %.
Tabla 5.16 Error relativo porcentual y promedio del área total de flujo
RESULTADOS
RESULTADOS
Error Relativo %
SECCIÓN Área total de flujo Área total de flujo
SECCIÓN 26” 0,785 0,785396 0,05 %
SECCIÓN 16” 1,292 1,291609 0,03 %
SECCIÓN 12 1/4” 1,740 1,739530 0,02 %
SECCIÓN 8 1/2” 0,946 0,946464 0,05 %
66
El error relativo porcentual promedio obtenido del área total de flujo para el
pozo Oso A-75H es de 0,04 %.
 Se calculó el error relativo porcentual promedio de la hidráulica de

perforación del pozo Oso A-75H, obteniéndose:
Tabla 5.17 Error porcentual promedio de la hidráulica de perforación
HIDRÁULICA DE PERFORACIÓN POZO OSO A-75H

Error promedio de la densidad
0,29 %
equivalente de circulación
Error promedio del área total de flujo 0,04 %
Error porcentual promedio 0,16 %
Para el análisis de la hidráulica de perforación se puede corroborar los

resultados obteniendo con un error porcentual promedio de 0,16 %, el
mismo que está dentro del rango de validación porcentual permisible entre
0 y 1, lo que indica que el software SOLUCIONES HIDRÁULICAS
genera resultados confiables con alta apreciación.
 En síntesis se estima que para el análisis de la hidráulica de perforación de

un pozo hidrocarburífero que comprende las secciones de 26”, sección
16”, sección de 12 ¼” y sección de 8 ½”, el software SOLUCIONES
HIDRÁULICAS, genera resultados confiables, seguros y con buena
apreciación, lo que indica que fue desarrollado exitosamente.
 Con el propósito de contribuir al desarrollo académico de la Carrera de
Ingeniería de Petróleos de la Facultad de Ingeniería en Geología, Minas,
Petróleos y Ambiental se desarrolló la herramienta informática de fácil
acceso para el uso de estudiantes y docentes.
67
5.2 RECOMENDACIONES
 Esta herramienta desarrollada en la Universidad Central del Ecuador puede
ser utilizada con fines académicos, investigativos y con aplicación a la
industria hidrocarburífera, permitiendo que se mejore y actualice nuevas
versiones.
 El software SOLUCIONES HIDRÁULICAS puede ser utilizado por
estudiantes y docentes de la Carrera de Ingeniería de Petróleos con fines
pedagógicos y de investigación, para ello quedará instalado el programa en
el laboratorio informático de nuestra Facultad.
 La Carrera de Ingeniería de Petróleos en colaboración con los docentes
podrán fomentar la formación de talento humano en el Área de perforación
de pozos hidrocarburíferos e implementar nuevas investigaciones con el
propósito de contribuir al avance tecnológico e informático de esta
herramienta.
68
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
Annis, M., & Smith, M. (1996). Drlling Fluids Technology . United States of
America, USA: Exxon Company .
Baker Hughes. (1998). Fluidos Manual de Ingeniería. En B. H. Incorporated,

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, Mérida-Venezuela.
Schlumberger. (s.f.). Oilfield Glossary .
Servicios Direccionales Weatherford. (2010). Cátalogo de herramientas.
70
ANEXOS
Anexo 1: Currículum del autor
PABÓN CRUZ OSWALDO DANIEL

INGENIERO DE PETRÓLEOS
CI: 1002912838
Sofía Moreira S4-403 y Filomena Chávez
Quito – Ecuador
danielpaboncr@hotmail.com
Teléfonos: 098 476 4245 - 2 316 188
RESUMEN
Ingeniero de Petróleos
Universidad Central Del Ecuador
Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental.
Conocimientos en perforación de pozos, reacondicionamiento, producción,

QHSE.
Suficiencia de Inglés – Centro de idiomas UCE
EXPERIENCIA LABORAL
1. Grupo Synergy E&P Ecuador, Petrobell Inc. Grantming S.A, Práctica Pre
Profesional.
Área De Producción - 2010
2. Grupo Synergy E&P Ecuador Asociación Ecuador Inc. Pacifpetrol

Andipetróleos - S.A. -Santa Elena Oil & Gas Corp., Práctica Pre Profesional.
Área De Perforación Y Producción - 2010
3. Andes Petroleum Ecuador Ltd, Práctica Pre Profesional

Área De Perforación, Workover Y Producción – 2012
4. Instituto Técnico Del Petróleo,

Talento Humano, Coordinador De Capacitación Continua, QHSE - 2013
71
CAPACITACIÓN
1. Jornadas Técnicas SPE-UCE Bloque 43 – Schlumberger 2014 - Facultad de

Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental.
2. Jornadas Técnicas SPE-UCE Bloque 43 – Weatherford 2014 - Facultad de

Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental.
3. Jornadas Técnicas Bloque 43 – Halliburton 2014 - Facultad de Ingeniería en

Geología, Minas, Petróleos y Ambiental.
4. Jornadas Técnicas SPE-UCE Bloque 43 – Petroamazonas Ep 2014 – Facultad

de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental.
5. II Congreso Internacional de Ambiente, Energías Alternativas, Gestión de

Riesgos y Salud Ocupacional 2013 - Colegio de Ingenieros en Geología,
Minas, Petróleos y Ambiental y Especialidades Afines de la Región Norte
Cigmipa.
6. II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Petrolera, Gas, Minas y Afines, II

Jornadas de Responsabilidad Social 2013 – Colegio de Ingenieros en
Geología, Minas, Petróleos y Ambiental y Especialidades Afines de la Región
Norte Cigmipa.
7. Petroleum Conference & Exhibition 2013 – Schlumberger – Escuela

Politécnica Nacional – SPE Student Chapter.
8. Jornadas Técnicas Baker Hughes 2012 – SPE Student Chapter UCE.
9. Jornadas Técnicas Weatherford 2012 - Escuela Politécnica Nacional –

Weatherford South-America Company.
10. II Encuentro del Petróleo Ecuador 2011 – Escuela Politécnica Nacional –

Ministerio de Recursos Naturales No Renovables y Ep Petroecuador
11. I Seminario de Fluidos de Perforación y Control de Sólidos – Qmax Ecuador

S.A. 2011
12. Octavo Nivel De Inglés Avanzado 75% - Centro De Idiomas – Universidad
Central Del Ecuador
13. Intermediate English 1 – World Teach Harvard Institute.

14. Intensive English Course - World Teach Harvard Institute.
72
15. Curso Avanzado De Excel – Universidad Central Del Ecuador
16. Manejo De Microsoft Office 2013
REFERENCIAS PERSONALES
1. Ing. Luis Alfonso Pabón – Agencia de Regulación y Control

Hidrocarburífero ARCH – Área de Comercialización
2. Ing. Roberto Lara L. Agencia de Regulación y Control Hidrocarburífero
ARCH - Coordinador del Proceso de Control Técnico de Comercialización de
Derivados del Petróleo
3. Ing. Gustavo Pinto Arteaga. Presidente del Comité de Ética Universidad
Central Del Ecuador
Coordinador de La Unidad de Titulación Especial, Carrera de Ingeniería de
Petróleos UDTE-IP
4. Ing. Marco Pérez – Departamento de Producción – Petroamazonas EP.
5. Lic. Golda Rodríguez – Directora Instituto Técnico del Petróleo ITP
6. Ing. Oswaldo Guillermo Pabón – Catedrático SECAP, Docente Colegio
Nacional Rumipamba - Ibarra
7. Lcda. Gladys Cruz - Docente Colegio Nacional Atahualpa - Ibarra
8. Lic. Anita Llanos – Docente Colegio Municipal “Sebastián de Benalcazar” –
Quito.
9. Lic. Ramiro Chasi - Docente Colegio Municipal “Sebastián de Benalcazar”
– Quito.
73

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y

CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS

DESARROLLO DE SOFTWARE PARA ANALIZAR LA HIDRÁULICA

Estudio Técnico presentado como requisito parcial para aprobar el trabajo de

Oswaldo Daniel Pabón Cruz

TUTOR: Ing. Jorge Augusto Erazo Basantes

Quito, Mayo 2016

A mis amados PADRES, Oswaldo y Gladys, que con su sacrifico, ejemplo,

A mis queridos HERMANOS, Guillermo y Juan Carlos, por ser mi ayuda y

A mi amada ESPOSITA, Anita, quien supo brindarme todo su amor, cariño

A mi tía y abuelita, Gilda, Mamita Loli, quienes siempre estuvieron

Con amor y cariño,

Daniel Pabón Cruz

A la Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería en Geología,

A mis padres y hermanos, por todo su esfuerzo, amor, cariño y sabios

A mi amada esposita e hijita, quienes son mi mayor inspiración de

A mí querida tía y abuelita, gracias por su comprensión y amor.

A mis queridos docentes de la FIGEMPA por su aporte académico, para mi

Con afecto y respeto,

Daniel Pabón Cruz

Los derechos que como autor me corresponden, con singularidad de la presente

Quito, 4 de mayo de 2016.

Daniel Pabón Cruz

APROBACIÓN DEL TUTOR

Por la presente dejo constancia que en mi calidad de Tutor he leído, analizado y

Quito, 4 de Mayo de 2016.

Ing. Jorge Augusto Erazo Basantes

Oswaldo Daniel Pabón Cruz Ing. Jorge Augusto Erazo Basantes

Emite el siguiente veredicto: APROBADO para su presentación oral.

Para constancia de lo actuado firman los miembros del tribunal.

Ing. Gustavo Pinto Arteaga

Anexo 1: Currículum del autor----------------------------------------------------------- 71

Tabla 2.1 Funciones del fluido de perforación ------------------------------------------ 9

Tabla 2.2 Propiedades de los fluidos de perforación --------------------------------- 10

Tabla 4.1 Datos de corrida de broca sección 26”-------------------------------------- 49

Tabla 4.2 Datos de corrida de broca sección 16” -------------------------------------- 50

Tabla 4.3 Datos de corrida de broca sección 12 ¼”----------------------------------- 51

Tabla 4.4 Datos de corrida de broca sección 8 ½” ------------------------------------ 52

Tabla 4.8 Datos del pozo Oso A-75H sección 12 ¼” --------------------------------- 58

Tabla 4.9 Datos del pozo Oso A-75H sección 8 ½” ---------------------------------- 60

Tabla 4.10 Resultados obtenidos utilizando el software.----------------------------- 62

Tabla 4.11 Comparación de resultados pozo Oso A 75H ---------------------------- 62

Tabla 4.12 Error relativo porcentual y promedio de la densidad equivalente de

Tabla 4.14 Error porcentual promedio de la hidráulica de perforación del pozo - 64

Tabla 5.15 Error relativo porcentual y promedio de la densidad equivalente de

Tabla 5.17 Error porcentual promedio de la hidráulica de perforación ------------ 67

Gráfico 2.1 Comportamiento de un fluido newtoniano ------------------------------ 12

Ecuación 2.1 Modelo de fluido newtoniano -------------------------------------------11

Autor: Oswaldo Daniel Pabón Cruz

Tutor: Ing. Jorge Augusto Erazo Basantes

Para cumplir exitosamente las operaciones de perforación, se deben conocer los

Con esta finalidad, se desarrolló un software “SOLUCIONES HIDRÁULICAS”

El usuario podrá tabular e ingresar datos para la obtención de resultados y

PALABRAS CLAVE: HIDRÁULICA, FLUIDOS, BROCA, PERFORACIÓN,

Author: Oswaldo Daniel Pabón Cruz

Tutor: Ing. Jorge Augusto Erazo Basantes

To successfully complete the drilling operations, it is very important to know the