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• Alejandro Salas

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Nombre de la materia: Control de pozos

Nombre del maestro: Thomas Gómez Sánchez

Nombre del alumno: Rene Alejandro Maldonado Salas

Semestre: 8vo

Grupo: C

Unidad 1

Índice 1.1 Geología básica 1.2 Presión y Fuerza 1.3 Tipos de presión 1.4 Cálculos de capacidades, volúmenes y desplazamiento 1.5 Tipos de presión de circulación 1.6 Determinación del tipo de brote 1.7 Máxima presión permisibles superficies por conexiones superficiales de control, TR y espacios anulares por resistencia al fraccturamiento

1.1 geología básica. LA GEOLOGÍA es la ciencia del planeta Tierra. Estudia sus materiales, estructura, procesos que actúan en su interior y sobre la superficie, minerales y rocas, fósiles, terremotos y volcanes, montañas y océanos, suelos, paisaje, erosión y depósito. La Geología también se ocupa del origen del planeta y de los cambios que ha ido sufriendo a lo largo de toda su historia. En sus rocas está encerrada la historia de la vida. La Geología también se ocupa del “ambiente” que reinaba en cada región o zona del planeta, no solo desde la aparición de los seres vivos, sino desde su mismo origen hace 4.600 millones de años. La Geología es una Ciencia Ambiental y también Medio Ambiental. EL TIEMPO GEOLÓGICO Se calcula que la edad de nuestro planeta es de 4600 millones de años. Hay un larguísimo camino desde su origen en la gran explosión del big-bang hasta hoy en día. Sería fantástico conocer toda esa historia, pero lo cierto es que hay grandísimos lapsus de conocimiento. Los 3500 primeros millones de años de la historia de la Tierra pueden ser considerados, en cierta medida, como parte de la historia del sistema solar y del universo. Desde el punto de vista de la “Geología” en sentido estricto son casi una incógnita. Sabemos una mínima parte de lo que ocurrió en los 460 millones de años siguientes, cuando la atmósfera ya era oxigenada como la de hoy en día si no seguimos contaminándola. Los últimos 540 millones de años de la historia de la Tierra son los mejor conocidos relativamente.

1.2 Presion y fuerza Presión: Es la relación entre una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa. Presión = fuerza (en newton)/superficie (m²). La unidad se llama Pascal = 1 N/m² Al medir presiones elevadas, como gases que están comprimidos o vapor de una caldera, se usa la unidad denominada atmósfera (atm) 1atm = 1.013 x 105 N/m²

Fuerza: Su palabra proviene del latín fortia. La fuerza es la capacidad para realizar un trabajo físico o un movimiento, así como también la potencia o esfuerzo para sostener un cuerpo o resistir un empuje. Los efectos que puede tener una fuerza son que un cuerpo se deforme (por ejemplo, si apretamos o estiramos un trozo de goma de mascar); que un cuerpo permanezca en reposo (por ejemplo, para mantener estirado un puente, hay que hacer fuerza sobre él), y que cambie su estado de movimiento (ya sea cuando el objeto este estático, o acelerarlo o frenarlo cuando se esté moviendo

1.3 tipos de presión Presión atmosférica: esta es la fuerza que el aire ejerce sobre la atmósfera, en cualquiera de sus puntos. Esta fuerza no sólo existe en el planeta Tierra, sino que en otros planetas y satélites también se presenta. El valor promedio de dicha presión terrestre es de 1013.15 Hectopascales o milibares sobre el nivel del mar y se mide con un instrumento denominado barómetro. Lo que ocurre con la presión atmosférica es que cuando el aire está a baja temperatura, desciende aumentando así la presión. En estos casos se da un estado de estabilidad conocido como anticiclón térmico. En caso de que el aire se encuentre a altas temperaturas sube, bajando la presión. Esto causa inestabilidad, que provoca ciclones o borrascas térmicas.

Presión manométrica: esta presión es la que ejerce un medio distinto al de la presión atmosférica. Representa la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica. La presión manométrica sólo se aplica cuando la presión es superior a la atmosférica. Cuando esta cantidad es negativa se la conoce bajo el nombre de presión negativa. La presión manométrica se mide con un manómetro.

Presión absoluta: esta equivale a la sumatoria de la presión manométrica y la atmosférica. La presión absoluta es, por lo tanto superior a la atmosférica, en caso de que sea menor, se habla de depresión. Ésta se mide en relación al vacío total.

Presión relativa: esta se mide en relación a la presión atmosférica, su valor cero corresponde al valor de la presión absoluta. Esta mide entonces la diferencia existente entre la presión absoluta y la atmosférica en un determinado lugar.

1.4 cálculos de capacidades, volúmenes y desplazamiento

1-. CAPACIDAD, VOLUMEN Y DESPLAZAMIENTO Para el desarrollo de cálculos relacionados con la determinación de la capacidad, volumen y desplazamiento es necesario definir criterios básicos en cuanto a la terminología aplicada a nivel de campo. La capacidad de un tanque de fluido, del pozo, espacio anular o del interior de cualquier componente de la sarta de perforación, representa el volumen que dicho recipiente puede contener si estuviese completamente lleno al máximo volumen posible y es determinado generalmente en bbl, gal o m 3. Para efectos prácticos de control del volumen de fluido de perforación en tanques y en secciones de tubería y pozo, por tener un área de la sección transversal que permanece constante con la altura, sus capacidades pueden ser expresadas en relación con incrementos de altura, tales como bbl/ft, bbl/in gal/ft. Por ejemplo, un pozo de 8,5 pulgadas de diámetro que tiene una profundidad de 4.500 pies contiene 316 bbl de fluido de perforación cuando está completamente lleno. Por lo tanto, su capacidad es de 316 bbl, este lleno o vacío. Esto también puede ser expresado como una capacidad de 0,0702 bbl/pies (316 bbl / 4.500 pies). El volumen representa la cantidad de fluido de perforación contenido realmente en el interior de un tanque, pozo, espacio anular, o dentro de una tubería o cualquier otro componente de la sarta, por esta razón, si se conoce su capacidad vertical (bbl/pies o m3/m) y la altura del nivel de fluido (en pies o m), entonces al multiplicar la profundidad del fluido por la capacidad vertical se puede determinar el volumen real (bbl o m3) de fluido dentro del recipiente. Por ejemplo, si se tiene un tanque de fluido tiene una capacidad de 3,05 bbl/pulgadas, y una altura de fluido de perforación de 56 pulgadas, su volumen de fluido será de 171 bbl. (3,05 bbl/pulg x 56 pulg). El desplazamiento representa el volumen de fluido de perforación expulsado desde el pozo hacia la superficie una vez que es introducida la sarta de perforación o la tubería de revestimiento dentro del pozo, o el volumen de fluido requerido para llenar el pozo cuando la sarta de perforación sea retirada del pozo. En términos generales, el volumen desplazado es equivalente al volumen metálico que representa la sarta de perforación. Por ejemplo, una tubería de perforación de 14,0 lbs/pies con un OD (diámetro externo) de 4,0 pulgadas, desplaza 0,005 bbl/pies de fluido al ser introducida en el pozo. Si se introducen 1.000 pies de tubería de perforación dentro del pozo, serán desplazados 5 bbl de fluido. En cambio, cuando se saca del pozo una tubería de perforación del mismo tamaño, el pozo debería tomar 5 bbl de fluido de perforación por cada 1.000 pies de tubería sacada, para mantener el pozo lleno.

2-. CÁLCULO DE LA CAPACIDAD Y VOLUMEN DE TANQUES 2.1-. TANQUES RECTANGULARES Para los tanques rectangulares como los que se muestran en la Fig. Nº1, la capacidad puede ser calculada a partir de la altura, el ancho y longitud de dicha estructura. Donde: Vol. Tanque: capacidad del tanque (bbl) L: longitud del tanque (pies) W: ancho del tanque (pies) H: altura del tanque (pies) M: altura del nivel de fluido (pies) Vol. Tanque (bbl) = [ L (pies) x W (pies) x H (pies) ] / 5,615

(Ec-1)

Donde el volumen real de fluido de perforación contenido en el tanque, puede ser calculado considerando la altura del fluido de perforación (M) y viene expresado de la siguiente manera: Vol. Tanque (bbl) = [ L (pies) x W (pies) x M (pies) ] / 5,615

(Ec-2)

2.2-. TANQUES CILÍNDRICOS VERTICALES

Los tanques cilíndricos en posición vertical ilustrados en Fig. Nº.2, se usan generalmente para el almacenamiento de fluidos de perforación en los patios de tanques de las plantas de mezclado de las empresas de servicio encargadas de su formulación y manejo, así como también son utilizados para almacenar material en polvo como es el caso de los agentes densificantes como la barita o sulfato de bario.

Donde: VCil: capacidad del tanque cilíndrico (bbl) D: diámetro del cilindro (pies) H: altura del cilindro (pies) M: altura del nivel de material (pies)

La fórmula general para calcular la capacidad de un tanque cilíndrico vertical es la siguiente: VTanque .Cil (bbl) = [ D2 (pies) x H (pies) ] / 7,143 (EC-3) El volumen de fluido real (V Fluido) de un tanque cilíndrico vertical se calcula usando la altura de nivel (M) del fluido de perforación. VFluido .Cil (bbl) = [ D2 (pies) x M (pies) ] / 7,143

(EC-4)

3-. VOLUMEN DEL POZO El volumen del pozo es generalmente calculado con la sarta de perforación introducida dentro del pozo (volumen con tubería), sin embargo, en los casos que se requiera determinar el volumen del pozo sin tubería, es necesario utilizar la ecuación para un recipiente cilíndrico vertical. Un pozo se compone generalmente de varios intervalos o secciones, definidas por variación de diámetros más grandes cerca de la superficie, pasando progresivamente a secciones más pequeñas a medida que la profundidad aumenta, lo que significa que para obtener el volumen de fluido presente en el pozo, debe ser calculado individualmente el volumen de cada intervalo y posteriormente estos deben ser sumados. El volumen de cada sección sin tubería dentro del pozo, puede ser calculado a partir de la ecuación usada para un cilindro: VSección: [ D2Pozo x L] / 1029,4 (EC-5) Donde: DPozo: diámetro Interior (ID) de abierto. (pulgadas) L: longitud del intervalo (pies)

la

tubería

de

revestimiento,

3.2-. CAPACIDAD DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN O PORTAMECHAS

hoyo

El volumen del pozo con la sarta de perforación dentro del pozo, resulta de sumar el volumen dentro de la sarta de perforación (capacidad) más el volumen anular entre la columna de perforación y la tubería de revestimiento o el hoyo abierto. La capacidad o el volumen dentro de la sarta de perforación, expresado en bbl, puede ser determinado a partir del diámetro interior de la tubería en pulgadas. VTubería (bbl): [ ID2Tubería (pulgadas) x L ] / 1029,4

(EC-6)

3.3-. VOLUMEN ANULAR El volumen o la capacidad anular se calculan restando las áreas de los dos círculos que define el espacio anular tal como los muestra la Fig. Nº3. El volumen anular en bbl puede ser determinado a partir del diámetro externo de la tubería (OD) y del diámetro interno de la tubería de revestimiento (ID) o del hoyo abierto en pulgadas (DH).

3.4-. DESPLAZAMIENTO Se puede estimar el desplazamiento de la sarta de perforación (V Despl. Tubería) usando el OD y el ID de la tubería de perforación y los portamechas. V Despl. Tubería (bbl) = [ OD2Tubería (pulgadas) – ID2Tubería (pulgadas) ] x L / 1029,4 (EC-8) Donde: ODTubería: diámetro exterior de la tubería de perforación o los portamechas IDTubería: diámetro interior de la tubería de perforación o los portamechas 4-. CÁLCULO DEL CAUDAL DE LA BOMBA Las bombas de taladro como son comúnmente denominadas en campo, están constituidas por émbolos o pistones de “desplazamiento positivo” que se encargan de hacer circular a presión el fluido de perforación durante las operaciones de construcción de pozos. Algunas poseen dos o tres pistones que realizan un movimiento de vaivén o emboladas dentro de las camisas o cilindros, donde un ciclo de emboladas o vaivén completo constituye una carrera (stk - según el inglés “stroke”).

A nivel de campo es común la aplicación de bombas de tres pistones denominadas bombas triplex, sin embargo, en algunos sistemas de circulación de equipos de perforación aún se pueden conseguir instaladas bombas de dos pistones llamadas bombas dúplex. Para efectos de cálculos del caudal de bomba, el cual se requiere para determinar tiempos de circulación del fluido dentro del pozo, este puede ser fácilmente determinado en unidades bbl/stk o gal/stk. 4.1-. BOMBAS TRIPLEX DE FLUIDOS En una bomba triplex, sus pistones sólo funcionan durante la carrera de ida y tienen generalmente pequeñas longitud de carreras (de 6 a 12 pulgadas), operando a velocidades de circulación que varían de 60 a 120 stk/min y su caudal puede ser determinado a través de la siguiente ecuación: VCaudal 4116

de la Bomba

(bbl/stk) = [ ID2 Liner (pulg.) x L (pulg.) x Rend (decimal) ] /

(EC-9)

Donde: V Caudal de la Bomba : caudal de la bomba/carrera ID Liner: ID del liner o camisa L: longitud de la carrera de la bomba Rend: Rendimiento o eficiencia de la bomba (decimal) 4.2-. BOMBAS DÚPLEX DE FLUIDO Los émbolos de una bomba dúplex de lodo funcionan en ambas direcciones, de manera que el cilindro trasero hace que el vástago de la bomba se mueva a través de su volumen desplazado y ocupe parte del mismo. La ecuación general para calcular el caudal de una bomba dúplex es la siguiente: VCaudal de la Bomba (bbl/stk) = [2 x ID2 Liner – OD2 Vástago][ L x Rend] / 6174 Donde: VCaudal de la Bomba: caudal de la bomba/carrera ID Liner: ID del liner o camisa (pulgadas) ODVástago: OD del vástago (pulgadas) L: longitud de la carrera de la bomba (pulgadas) Rend: rendimiento o eficiencia de la bomba (decimal)

1.5 Tipos de presión de circulación

(EC-10)

La Presión Hidrostática se define como la presión ejercida por una columna de fluido en el fondo · Esta presión es una función de la densidad promedio del fluido y de la altura vertical o profundidad de la columna de fluido. El Gradiente de Presión Hidrostática está dado por: · HG (psi/pie) = HP / D = 0.052 x MW = presión de una columna de 1 pie. MW = densidad del fludio (lodo) en lbs/gal · Al convertir la presión del agujero del pozo a gradiente en relación con una referencia fija (lecho marino o nivel medio del mar) · Es posible comparar presión de poros, presión de fractura, de sobrecarga, peso del lodo y DEC con la misma base. · El gradiente también ayuda en el despliegue gráfico de estas presiones. La Presión de Poros se define como la presión que actúa sobre los fluidos en los espacios porosos de la roca. Se relaciona con la salinidad del fluido. Presión de Poros Normal: presión Normal de poros es la presión hidrostática de una columna de fluido de la formación que se extiende desde la superficie hasta la formación en el subsuelo, · La magnitud de la Presión Normal varia según la concentración de sales disueltas en el fluido de formación, tipo de fluido, gas presente y gradiente de temperatura. Presión Anormal de Poros: Se define como cualquier presión del poro que sea mayor que la presión hidrostática Normal del agua de la formación (de salinidad normal promedio) que ocupa el espacio poroso. Las causas de la presión anormal se atribuyen a la combinación de varios eventos geológicos, geoquímicos, geotérmicos y mecánicos. Presión Subnormal de Poros: Se define como cualquier presión de poros que sea menor a la correspondiente presión hidrostática NORMAL (de una columna de fluido de salinidad Normal promedia) a una profundidad dada, · Ocurre con menor frecuencia que las presiones anormales. Pudiera tener causas naturales relacionadas con el historial estratigráfico, tectónico o geoquímico del área. La Presión de Sobrecarga se define como la presión ejercida por el peso total de las formaciones sobrepuestas por arriba del punto de interés · Es una función de: · La densidad total de las rocas · La porosidad · Los fluidos congénitos · También puede definirse como la presión hidrostática ejercida por todos los materiales sobrepuestos a la profundidad de interés. Gradiente de fractura: Se define como la presión a la cual ocurre la ruptura de una formación · Una predicción exacta del gradiente de fractura es esencial para optimizar el diseño del pozo · En la etapa de la planeación del pozo, puede estimarse a partir de los datos de los pozos de referencia · Si no hay datos disponibles, se usan otros métodos empíricos, por ejemplo: · Matthews & Kelly (1967) · Eaton (1969) · Daines (1982)