matematica de taladro

MATEMÁTICA DE TALADRO

Realizado por W.O.

INDICE

1. PULGADAS Y SUBDIVIONES DE PULGADAS PAG. 1

2. VOLUMEN DE UN TANQUE RECTANGULAR 1

3. VOLUMEN DE UN TANQUE CILINDRICO 2 A. EN POSICIÓN VERTICAL 3 B. EN POSICIÓN HORIZONTAL 3

4. CAPACIDAD DE LA SARTA DE PERFORACIÓN 4

5. DESPLAZAMIENTO DE TUBULARES 4

6. FACTOR DE FLOTACIÓN 5

7. CALCULO DEL VOLUMEN DEL ESPACIO ANULAR 5

8. CALCULO PARA DETERMINAR LA PROFUNDIDAD DE UNA PERDIDA DE PRESION EN LA SARTA DE PERFORACIÓN 6

9. CALCULO PARA DETERMINAR EL PUNTO DE LIBREDE LA TUBERÍA PEGADA 8

10. CALCULOS DE DISEÑO DE SARTA DE PERFORACIÓN 9

11. PÍLDORAS PARA VIAJAR TUBERÍA 10

12. DESCARGAS DE LAS BOMBAS DE LODOA. BOMBAS TRIPLEXB. BOMBAS DUPLEX. 11

13. RELA CION ENTRE LA PRESION DE CIRCULACIÓN Y LA VELOCIDAD DE LA BOMBA 11

14. CALCULOS DE HIDRÁULICA 12A. DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACIÓN 12B. VELOCIDAD ANULAR 14C. VELOCIDAD DE CHORROS/TFA. 14D. CAIDA DE PRESION EN LA MECHA 14E. CABALLAJE HIDRÁULICO PROPORCIONADO EN LA MECHA 15F. CABALLAJE HIDRÁULICO TOTAL. 15G. HIDRÁULICA DESARROLLADA POR CABALLO DE

FUERZA POR PULGADAS CUADRADAS. 15H. PORCENTAJE DEL CABALLAJE HIDRÁULICO EN LA MECHA. 16

MATEMATICAS DE TALADRO POZO: SBC-136 TALADRO: HP-129

MATEMÁTICA DE TALADRO

1. PULGADAS Y SUBDIVISIONES DE PULGADAS.

Una pulgada es equivalente a 2.54 cm.

En el campo petrolero las dimensiones de los tubulares se expresan en fracciones de pulgadas 1/8, 1/2, etc.

Para realizar calculos utilizando estas medidas, es necesario convertirlas primeramente en “pulgadas decimales”.

Para convertir una fraccion de pulgada, en pulgada decimal, dividir el numero de arriba de la fraccion entre el de abajo.

Ejemplo: 3/8” = 3 8 = 0.375”

Si deseamos conocer la capacidad en Brl/pie del hoyo de 8 3/8”, utilizamos la formula: diámetro del hoyo entre 1029.

Ejemplo: 8.3752 1029 = 0.068 Brl/pie.

12 pulgadas son equivalentes a 1 pie.

Por lo tanto 3 pulgadas son : 3 : 12 = 25’, 5 pulgadas = 5 12 = 0.41’, 9” = 9 12 = 0.75’, etc.

2. VOLUMEN DE UN TANQUE RECTANGULAR.

Para calcular el volumen de un tanque rectangular, se múltiplica el largo ( pie ) por el ancho ( pie ) por la altura.

El resultado obtenido será en pies3.

Divide los pies3 por 5.61 para obtener barriles y múltiplique por 28.32 para obtener litros.

*Cuando las medidas del tanque incluyen pies y pulgadas, hay que convertir las pulgadas en “ pies decimales” como explicando en la Sección N° 1.

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Ejemplo: Un tanque tiene una altura de 9’ 5”, un ancho de 10’ y un largo de 7’ 7”.

Su volumen es:

9’ 5” = 9.41’7’ 7” = 7.58’

9.41’ x 10’ x 7.58’ = 713.2 pies3

Volumen en barriles: 713.2 5.61 = 127.13 Bls.

Si se desea conocer la capacidad del tanque en pulgada por barril, dividir la altura en pulgadas por su capacidad:

Ejemplo: 9’ 5” = 113” / 127.13 = 0.89” / Bls

Si se desea conocer la capacidad en barriles por pulgadas, lo que es frecuentemente más práctico, dividir la capacidad total entre la altura en pulgadas del tanque.

Ejemplo: 127.13 Bls / 113” = 1.125 Bls / pulg.

De esta manera, si se desea conocer el volumen de líquido que contiene el tanque, se mide la distancia entre la superficie del líquido y el tope del tanque, se múltiplica esta distancia por 1.125 y se resta este valor al volumen total del tanque.

Ejemplo: La superficie del gasoil contenido en el tanque llega a 30” del tope.

El volumen de gasoil en el tanque es: 127.13 Bls. – ( 30 x 1.125 ) = 93.4 Bls.

Este tipo de cálculos debe enseñarse a los encuelladores.

3.- VOLUMEN DE UN TANQUE CILINDRICO.

A.- EN POSICIÓN VERTICAL

Cuando el tanque está en posición vertical, la fórmula par su volumen es:

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Paso 1: ( x Diámetro2 ) x Largo del tanque = pies3

4

Paso 2: Volumen en pies3 / 5.61

Ejemplo: Un tanque tiene un diámetro de 8’ y 30’ de largo.

Su volumen es:

Paso 1: ( x 82 ) x 30 = 1508 pies3

4

Paso 2: 1508 pies3 / 5.61 = 269 Bls.

B.- EN POSICIÓN HORIZONTAL

El problema es un poco más complejo cuando hay que determinar el volumen que contiene un tanque cilíndrico en posición horizontal.

Este caso se ha presentado en varias oportunidades cuando Santa Fé comienza a operar un nuevo taladro, donde se borró la escala del tanque de Gasoil.

En este caso es necesario hacer los cálculos para elaborar una nueva escala para conocer diariamente la cantidad de Gasoil.

Paso 1: Determinar el porcentaje del diámetro del tanque, que corresponde a la altura del líquido en el mismo.

Ejemplo: Adentro del tanque en el caso precedente, la altura del líquido es 2’.

Porcentaje del diámetro del tanque = 2’ / 8’ = 0.25 = 25 % Paso 2: Utilice la escala anexa para determinar el porcentaje de la capacidad del tanque que ocupa el líquido.

Porcentaje de la capacidad del tanque.

Porcentaje del diámetro ocupado por el líquido.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90100

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Como en el ejemplo, el líquido ocupa el 25% del diámetro del tanque, la escala indica que esto corresponde al 19.5% de la capacidad total.

Paso 3: Múltiplique la capacidad total por 19.5% para determinar el volumen del líquido.

4.- CAPACIDAD DE LA SARTA DE PERFORACIÓN

Para determinar el volumen, en Bls, por pie, de cualquier tubular, elevar el Diámetro interno del tubular al cuadrado, luego dividir el resultado por 1029.

Volumen = ID2 / 1029

Ejemplo: Cual es la capacidad de 12000’ de tubería 5” ( 19.50 / pie ). ID = 4.276”. ( 4.2762 / 1029 ) x 12000’ = 213 Bls.

Esta formula puede utilizarse para determinar el volumen del hoyo, cuando no tiene tubería adentro.

Ejemplo: Volumen de 7000’ de hoyo abierto de 12 ¼” :

( 12.252 / 1029 ) x 7000’ = 1020 Bls.

5.- DESPLAZAMIENTO DE TUBULARES

Para calcular el volumen de lodo que desplaza cualquier tubular, dividir el peso deltubular, en libras / pie por 2747.

Esto se aplica para porta mechas, tubería, revestidor etc.

Para calcular el desplazamiento para tubería de perforación, se debe utilizar el peso

ajustado, según el grado.

Ejemplo: Tub. 5” 19.50 / pie - Grado E = 20.9 / pieTub. 5” 19.50 / pie - Grado G = 21.9 / pieTub. 5” 19.50 / pie - Grado S = 22.9 / pie

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Los pesos de porta mecha se anexan en la tabla N° 9, Pag. 76 del Capitulo N° 10.Ejemplo: Calcular el desplazamiento de 12500’ de tubería 5”, Grado G. ( 21.9 / pie / 2747 ) x 12500’ = 99.65 Bls.

Calcular el desplazamiento de 230’ de porta mechas 6 ¼” x 2 ¼”. ( 91 lb/pie )(91 lb/pie / 2747 ) x 230’ = 7.6 Bls.

6.- FACTOR DE FLOTACIÓN

Se utiliza para calcular el peso de un tubular de acero, en el lodo.

El peso de la sarta de perforación en el lodo disminuye a medida que aumenta la densidad del lodoFormula para determinar el factor de flotación

65.44 - Densidad del lodo ( LPG ) 65.44

* El factor de flotación no tiene unidad de medición.

Ejemplo: una sarta de perforación que pesa 310000 lbs en el aire, pesaría en el lodo de densidad = 16.6 LPG: ( 65.44 - 16.6 ) x 310000 lbs = 231.363 lbs. 65.44

Este cálculo tiene que tomarse en cuenta cuando se determina el número de porta mechas en el conjunto de fondo para proveer el peso sobre la mecha.

7.- CALCULO DEL VOLUMEN DEL ESPACIO ANULAR

HOYO ABIERTO DE TUBERÍA

DIÁMETRO DEL HOYO2 - DIÁMETRO DE TUBERÍA2 1029

REVESTIDOR DE TUBERÍA

DIÁMETRO INTERNO DEL REVESTIDOR2 - DIÁMETRO DE TUBERIA2

1029

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HOYO ABIERTO / PORTA MECHAS

DIÁMETRO DEL HOYO2 - DIÁMETRO DE LAS PORTA MECHAS2

1029

8.- CALCULO PARA DETERMINAR LA PROFUNDIDAD DE UNA PERDIDA DE PRESION EN LA SARTA DE PERFORACIÓN.

Primero verificar que la perdida de presión proviene de una falla de la bomba o de otro equipo de superficie, tal como una fuga en una válvula etc. Generalmente la diferencia observada en el manómetro de presión, entre la indicación de un hueco en la tubería y la perdida de una boquilla de la mecha, es la manera como se manifiesta la pérdida de presión: La pérdida de presión de una boquilla produce una caída de presión abrupta y mayor que la producida por un hueco en la sarta de perforación. Esta presión se puede evaluar con un rápido cálculo de hidráulica ( perdida de presión en las boquillas de la mecha ).

La pérdida de presión producida por una conexión lavada, ò un hueco en la tubería es generalmente baja al principio, pero aumenta gradualmente a medida que la erosión del fluido ensanche el hueco. Una acción rápida es necesaria, ya que esta situación puede rápidamente traer como consecuencia una ruptura en la sarta de perforación.

Existen varios métodos de campo para determinar la profundad del hueco, tal como bombear pintura dentro de la tubería, sacar las tubería llena etc. Pero el más sencillo, efectivo y menos costoso es el siguiente:

Cortar un trozo de mecate de 6’’ de largo. Apartar de uno de los cordones del mecate, seis pedazos y hacer un nudo en cada uno. Después, deshilachar ambos extremos de cada pedazo y juntarlos en forma de bolita.

Desenroscar el cuadrante e introducir la bolita de mecate adentro de la conexión de este ( y no en la conexión del primer tubo ).

Enroscar el cuadrante, poner el contador de emboladas en cero y prender la bomba de lodo.

Aumentar la velocidad muy rápidamente para tener presión de circulación en el mínimo tiempo posible. El hueco ó la conexión lavada pueden encontrarse a poca distancia de la superficie.

Observar la presión de circulación, hasta que se note un aumento brusco de la misma.

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Anotar las emboladas de bomba y determinar la profundidad del hueco con la formula:

EMBOLADAS TOTALES x DESCARGA DE x FACTOR DE HASTA EL AUMENTO DE PRESION LA BOMBA EFICIENCIA

CAPACIDAD DE LA TUBERÍA.

Ejemplo: Tubería = 5” ( cap. 0.01776 Bls / pie ).

Descarga de la Bomba = 0.117 Bls / emb.

Factor de eficiencia = 95%

Después de bombear 858 emboladas, la presión subió bruscamente 120 psi.

La profundidad de donde proviene la pérdida de presión es:

( 858 x 0.117 x 0.95 ) = 5370’. 0.01776

Como se ilustra en estas fotos, el determinar la profundidad de un hueco en la tubería, mediante el bombeo controlado de trozos de mecate es un procedimiento de campo comprobado y efectivo.

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9.- CALCULOS PARA DETERMINAR EL PUNTO LIBRE DE TUBERÍA PEGADA

La fórmula para determinar el punto libre toma en cuenta la elongación del tubular atascado, medida desde la superficie de la mesa rotaria y la tensión aplicada para obtener la elongación.

Para obtener la constante de punto libre, cuando esta no aparece en la tabla anexa, múltiplique el área de la sección del tubular por 2500.

Área de la sección = OD2 x ID2 x 3.1416. 4

Pies de tubería libres = Elongación ( pulg. ) x Constante de punto libre Tensión aplicada ( 1000 lbs )

Ejemplo: Tensionando tubería de 5” ( 19.50 ) con 40000 lbs, la elongación media fue 34”.

Determinar la profundidad de tubería libre.

Pies de tubería libre = 34” x 13187.5 = 11209’. 40

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10.- CALCULOS DE DISEÑO DE SARTA DE PERFORACION

FORMULA PARA ESTIMAR CUANTOS PIES DE TUBERÍA DE UN GRADO DETERMINADO SE PUEDEN UTILIZAR, MANTENIENDO UN FACTOR DE TENSIÓN DE 100.000 LBS.

Descripción de los componentes de la ecuación:

Tensión Máxima: Se refiere a la tensión máxima de la tabla 3, Pag. 14, Capítulo 10. Para tubería premium, según grado seleccionado.

FF: Factor de flotación del lodo.

MOP: Factor de tensión ( 100.000 lbs )

Peso de sarta abajo: Se refiere al peso total dentro del lodo, de toda la sarta debajo del punto de interés.

Peso Ajustado: Peso ajustado, indicado en la Tabla 2, Pag. 9 Capítulo 10, de la tubería cuya longitud estamos calculando.

Fórmula: ( Tensión Máxima x 0.9 ) - peso de sarta Abajo Peso Ajustado x F.F

OD DEL TUBULAR PESO ( LBS / PIE ) CONSTANTETUBERIA 3 1/2" 13,30 9052,5TUBERIA 3 1/2" 15,50 10760TUBERIA 5" 19,50 13187,5REVESTIDOR 13 3/8" 68 48612,5REVESTIDOR 13 3/8" 72 51908REVESTIDOR 9 5/8" 53,5 38865REVESTIDOR 9 5/8" 58,4 42200

CONSTANTES DE PUNTO LIBRE

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Ejemplo: Profundidad deseada 15.000’Peso del lodo = 16.5 LPG ( FF = 0.74 )

Peso del BHA en el lodo: 74.000 lbs.Factor de la tensión deseado = 100.000 lbs.¿ Cuantos pies de tubería grado G podemos utilizar?

Tensión Max. Tub. Grado G = 436.150 lbs.

( 436.150 lbs x 0.9 ) - 100.00 lbs - 74.000 lbs (21.92 x 0.74 )

392.525 - 174.0000 = 13.473’ 16.22

Si el BHA mide 1.200’, la longitud total de la sarta sería:

13.473’ + 1200’ = 14.673’

Habría que agregar un mínimo de 327’ de tubería grado S para llegar a la profundidad de 15.000’.

11.- PÍLDORAS PARA VIAJAR TUBERIA

A. VOLUMEN DE LA PÍLDORA

Densidad ( LPG ) x pies de tubería vacios deseados x Cap. De la Tubería. Densidad de la píldora - Densidad del lodo ( LPG )

Ejemplo: Lodo = 10 LPGCap. De la tubería = 0.01776 Bls / piePies de Tubería vacíos deseados = 200’Peso de la píldora = 11.5 LPG

Volumen mínimo de la píldora =

10 x 200 x 0.1776 = 23.7 Bls ( 11.5 - 10)

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B. DENSIDAD DE LA PILDORA

PESO LODO Densidad del lodo x Pies de tubería deseados x Cap. de Tubería Volumen de Píldora

Ejemplo: Lodo = 10 LPGCap. De la tubería = 0.01776 Bls / pie

Pies de Tubería vacíos deseados = 200’ Volumen de la píldora = 25 Bls

Densidad de Píldora =

10 LPG + 10 x 200 x 0.01776 = 11.42 LPG 25

12.- DESCARGA DE LAS BOMBAS DE LODO

A. BOMBAS TRIPLEX

Diámetro de la camisa2 x Recorrido del Pistón x 0.000243 x Factor de eficiencia.

B. BOMBAS DUPLEX

2 x Diámetro de la camisa2 - Diámetro de la Barra2 x Recorrido del Pistón x 0.000162 x Factor de eficiencia.

13.- RELACION ENTRE LA PRESION DE CIRCULACIÓN Y LA VELOCIDAD DE LA BOMBA.

Esta fórmula permite evaluar la nueva presión de circulación cuando se cambia la velocidad de la bomba.

Es también útil para evaluar la presión reducida para circular una arremetida, cuando existen dudas sobre la exactitud de la presión reducida reportada.

P2 = P1 x 2 SPM 2 SPM 1

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* Si desea un calculo más exacto, elevar a la potencia , en lugar de elevar al cuadrado la parte entre paréntesis.

P1 = Presión de circulación actual, ó conocida.P2 = Presión actual que se desea conocer.SPM 1 = Velocidad de bombeo correspondiente a P1.SPM 2 = Nueva velocidad de bombeo correspondiente a P2.

Ejemplo: Perforando con una presión de circulación de 3200 psi, y 75 EMP. Se desea conocer la presión de circulación con EMP.

P2 = 3200 psi X 2 = 355 psi

14.- CALCULOS DE HIDRÁULICA

DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACIÓN (ECD)

Para lodos de baja densidad (entre 9 y 13 LPG).

Densidad del Lodo +

Ejemplo: Densidad = 11 LPG Punto Cedente = 13 Diam. del hoyo = 12 ¼’’ Diam. de la tub.= 5’’

Densidad Equivalente:

1.86

2575

Punto cedente X 0.1 Diam. del hoyo - Diam. Tub.

12


11 + = 11.18 (LPG)

Para lodos de alta densidad ( + 13 LPG )

Peso del lodo + x (Punto Cedente +( ))

Ejemplo: Densidad del lodo: 15 LPG Punto cedente : 18 Viscosidad Plástica: 30 Diámetro del hoyo: 12 ¼‘’ Tubería: 5’’ Velocidad Anular: 90’ /min.

Densidad Equivalente de Circulación =

= 15 + x ( 18 + ( ))

= 15 + x ( 18 + ( ))

= 15 + 0.0138 x ( 18 + )

= 15 + 0.0138 x ( 18 + 1.2414 )

= 15 + 0.0138 x 19.2414

= 15 + 0.2655 x 15.26 LPG

B. VELOCIDAD ANULAR (PIES / MIN.)

24.51 x CAUDAL DE CIRCULACION ( GPM = 11.42 LPG DIÁMETRO DEL HOYO2 - DIÁMETRO DE TUBERIA2

13 X 0.112.25 - 5

0.1 Diam. hoyo – Diam Tub

Vis. plástica x vel. Anular 300 x Diam hoyo – Diam tub.

0.1 12.25 - 5

30 x 90 300 x ( 12.25 – 5 )

0.1 7.25

2700 300 x ( 7.25 )

2700 2175

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Ejemplo: Caudal de Circulación = 450 GPM Hoyo = 12 ¼ ‘’ Tubería = 5”

24.51 x 450 = 88.2’ / min. ( 12.25 )2 - ( 5 )2

C. VELOCIDAD DE CHORROS / TFA

Vel. de chorros (pies / seg.) = 0.32 x Caudal de Circulación Área total de los chorros ( pulg2 )

AREA TOTAL DE LOS CHORROS (TFA)

Ejemplo: Caudal de Circulación = 450 GPM Área de los chorros = .331 (3 X 12 / 32) Velocidad de chorros = 0.32 x 450 = 435 pies / seg 0.331

D. CAIDA DE PRESIÓN EN LA MECHA.

CAUDAL DE CIRCULACION2 x DENSIDAD DE LODO ( LPG ) 10863.1 x TOTAL DE LOS CHORROS2

Ejemplo: Caudal de Circulación = 450 GPM Peso del lodo = 12 LPG Chorros = 3 X 12 / 32 (.331 pulg 2 )

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Caída de presión de mecha = 4502 x 12 = 2038 psi. 10863.1 x 0.331

E. CABALLAJE HIDRÁULICO PROPORCIONADO EN LA MECHA.

CAUDAL DE CIRCULACIÓN ( GPM ) x CAIDA DE PRESION EN MECHA ( PSI ) 1714

Ejemplo: Caudal de circulación = 450 GPM Caída de Presión en la Mecha = 2038 PSI Presión de Circulación Total = 3000 PSI Diámetro de la Mecha = 12 ¼ ‘’

Caballaje hidr. en la Mecha = 450 x 2038 = 535 HHP 1714

CABALLAJE HIDRÁULICO TOTAL

CAUDAL DE CIRCULACIÓN ( GPM ) x PRESION DE CIRCULACIÓN TOTAL 1714

= 450 Gpm x 3000 = 787.6 HHP 1714

G. HIDRÁULICA DESARROLLADA POR CABALLO DE FUERZA POR PULGADA CUADRADA.

CABALLAJE HIDR. EN LA MECHA ( HHP ) 0.7854 x 12.252

= 535 HHP = 4.5 HHP / PULG2 0.7854 x 12.252

Se recomienda mantener este valor entre 2.5 y 5.

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H. PORCENTAJE DEL CABALLAJE HIDRÁULICO EN LA MECHA.

Es el porcentaje de caballaje Hidráulico total, proporcionado en la mecha.

El Rango hidráulico optimo es entre 50 y 65 %.

Entre las varias fórmulas para calcularlo, la mas sencilla es:

CAIDA DE PRESION EN LA MECHA x 100 PRES. DE CIRCULACIÓN TOTAL

Ejemplo: Pres. de Circulación total = 3000 psi Caida de Presión en la mecha: 2538 psi.

= 2038 x 100 = 67.9% 3000

PRESION DE SOBRE CARGA ( OVERBURGEN )

Es la presión ejercida por el peso de los sedimentos super puestos mas la presión del fluido en los poros.

S = Al esfuerzo de la matriz + la presión de poros. S = H + PP

La sobre carga que ejerce un pie de roca es igual a uno ( 1 ) lb / pulg2

S = 1 lb / pulg2 / ft.

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CALCULOS PARA EL CONTROL DE POZO

1.- PRESION HIDROSTATICA

Unidades:

Peso del lodo = Libras por galón ( LPG )

Profundidad = Pies

Constante = 0.052

Unidad de presión = Libra pulgada cuadrada ( LPC )

Fórmula: Peso del lodo ( LPG ) x Profundidad vertical x 0.052

Ejemplo:

Un pozo tiene una profundidad de 12000’. El lodo, dentro del mismo tiene un peso de 15 LPG.

La presión hidrostática en fondo es:

15 x 12000’ x 0.052 = 9360 psi.

Cuando hablamos de profundidad del hoyo, se refiere a la profundidad vertical, es decir que un pozo vertical, se toma en cuenta la profundidad del fondo del hoyo. Pero en pozos direccionales u horizontales se refiere a la profundidad vertical y no a la profundidad perforada ( MD ).

La profundidad vertical es calculada por los técnicos de la compañía encargada de realizar la parte direccional.

Ella debe ser anotada diariamente tanto en el reporte de perforación IADC y en la hoja de control de pozo.

En hoyos direccionales y horizontales, todos los cálculos para determinar:

- El volumen de la sarta- El volumen Anular- Cualquier volumen de lodo

Deben tomar en cuenta la profundidad perforando.

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Pero todos los cálculos realizados para determinar:

- La presión hidrostática- La presión en la zapata- La presión de fondo- El aumento de peso del lodo para controlar el pozo

Deben tomar en cuenta:

- La profundidad vertical

La presión hidrostática del pozo direccional es = 14000’ x 0.052 x 15 = 10920 LPC

Nota: El diámetro del hoyo, sea 12 ¼”, 17 ½”, 8 3/8”, etc no influye nunca sobre la presión hidrostática.

35°

Profundidad 15000’Peso del lodo 16 LPGPresión hidrostática15000 x16x 0.052= LPC

Profundidad Vertical 14000’

Profundidad Perforada 16500’Peso del lodo 15 LPG

POZO VERTICAL POZO DIRECCIONAL

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Importante: La presión hidrostática real depende no solo de la profundidad vertical, sino de un lodo de peso homogéneo.

Si existe batches o volúmenes de lodo de densidad inferior a la densidad teórica, la presión hidrostática en el fondo es inferior a la presión teórica.

¡ ESTO PUEDE ORIGINAR UN INFLUJO!

2.- GRADIENTE DE PRESION

Un gradiente de presión ejercida por un peso de lodo determinado, por unidad de profundidad. Para entender esta definición, es preciso hacer la pregunta siguiente: ¿Cuánta presión ejerce el lodo en cada pie de profundidad del hoyo?.

Para saberlo se múltiplica simplemente el peso del lodo por la constante ( 0.052 ).

Ejemplo: Cuál es el gradiente de presión de un lodo que pesa 12 libras por galón.

12 LPG x 0.052 = 6.24 LPC / pie.

Ejemplo: Un lodo ejerce 0.730 LPC por pie en el anular. ¿Cuál es su peso?.

0.730 / 0.052 = 13.84 LPG

En conclusión, podemos decir que:

El gradiente del lodo multiplicado por la profundidad vertical del hoyo es igual a la PRESION HIDROSTATICA.

3.- PRESION DE LA FORMACIÓN

Es la presión de cualquier fluido o gas contenido en el espacio poroso de la formación.

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Ella puede ser agua, gas, condensado o petróleo.

El único cálculo que nos interesa para determinar la presión de formación, es cuando sucede una arremetida. La BOP’s está cerrada y las bombas de lodo están paradas.

Llega un momento en que una cierta presión se acumula en la tubería, esta presión se denomina presión de cierre de la tubería ( PCT ).

En este caso es posible determinar la presión de formación, mediante la fórmula:

Presión de formación = Presión de cierre en la tubería + presión hidrostática.

Ejemplo:

Después de detectar un influjo, se cerró la BOP’s y después de 5 minutos, una presión de 500 LPC se registra en la tubería, en el manómetro de la consola del Super Choke.

La profundidad vertical es 14350’ y el peso del lodo es 14.8 LPG. Calcular la presión de la formación.

Presión de Formación ( PF ) = 500 LPC + ( 14350’ x 0.052 x 14.8 LPG ) = 11543 LPC

La presión de cierre en la tubería en una indicación de la diferencia que existe entre:

- La hidrostática en el hoyo

- La presión de la formación

El primer objetivo en este momento, es determinar a que peso se debe aumentar el lodo para controlar la presión de formación.

Para realizar este cálculo, existe una fórmula simple:

Aumento de peso del lodo para controlar la presión de formación =

PRESION DE CIERRE EN TUBERÍA x 20 ( * ) PROFUNDIDAD VERTICAL

20


( * ) La constante exacta es 19.23, pero al redondearla a 20 es aceptable.

Ejemplo de cálculo:

- Profundidad vertical = 14350’- Peso de lodo actual = 14.8 LPG.- Presión de cierre en tubería = 500 LPC

Aumento del peso del lodo para controlar la presión de formación:

500 LPC x 20 = 0.69 ó 0.7 LPG 14350’

El peso del lodo debe aumentar hasta:

14.8 LPG + 0.7 LPG = 15.50 LPG

4.- PRESION DE CIERRE EN EL ANULAR

La presión de cierre en el Anular representa la diferencia entre:

- La Presión de Formación

- La presión Hidrostática del lodo, más la del influjo.

Cuando el pozo está cerrado y las bombas de lodo apagadas ( pozo estático ).

El volumen del influjo es proporcional a la ganancia del lodo que se observó en los tanques, inmediatamente después de cerrar las BOP’s.

A consecuencia, cuanto más lodo fluye del hoyo hacia los tanques, más volumen de influjo fluye en el fondo del hoyo.

Como el peso, en libras por galón, del influjo es generalmente inferior al peso del lodo, el ejerce menos presión contra la formación.

Esta diferencia se refleja automáticamente en el valor de la presión de cierre en el anular.

Para entender este fenómeno, es preciso examinar la figura siguiente:

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Podemos observar lo siguiente:

En el anular, la altura del lodo es:

14350’ - 1000’ = 13350’

La presión hidrostática del mismo es:

13350’ x 0.052 x 15 LPG = 10413 LPC

La altura del influjo es:

1000’

500

50 Barriles de ganancia

LodoPeso = 15 LPG

Altura = 1000’

Peso del Influjo = 6 LPG

Presión de Formación = 11693 LPC

Profundidad 14350’

Influjo

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La presión hidrostática del influjo es:

1000 x 0.052 x 6 LPG = 312 LPC

La presión del lodo, más la del influjo que se ejerce hacia el fondo es:

10413 LPC + 312 LPC = 10725 LPC

A consecuencia, la presión de cierre en el anular debe ser:

11693 LPPC (Presión de la Formación) – 10725 LPC = 968 LPC

Recuerde: Cuanto mas transcurra antes de cerrar el pozo, más lodo fluye hacia los tanques.

Esto trae como consecuencia, que más influjo fluye dentro del anular, en el fondo del hoyo. El volumen de la arremetida crece rápidamente lo que complica enormemente la operación de controlar el pozo, por las razones siguientes:

La presión de cierre anular será mucho más alta, lo que puede originar fugas en la superficie (Líneas, BOP, Válvulas, etc.)

El riesgo de fracturar la formación, y crear aun reventón subterráneo es muy alto.

5.- CÁLCULOS PARA DETERMINAR LAS EMBOLADAS PARA CIRCULAR DESDE LA SUPERFICIE, HASTA LA MECHA.

Fórmula:

Volumen total de la Sarta de Perforación Factor de Descarga de la Bomba ( Bls / emb )

Ejemplo: El Volumen Total de la Sarta es 125 Barriles.

La bomba tiene un factor de descarga de 0.117 Bls / emboladas.

Emboladas para bombear desde la superficie hasta la mecha.

125 Bls / emb. = 1068 emboladas.

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6.- CÁLCULOS PARA DETERMINAR LAS EMBOLADAS PARA CIRCULAR DESDE LA MECHA HASTA LA SUPERFICIE.

Formula:

Volumen de lodo en el anular Factor de Descarga de la Bomba ( Bls / emb )

Ejemplo: El volumen total del Anular es 2050 Barriles

La bomba tiene un factor de descarga de 0.117 Bls / emboladas.

Emboladas para circular o desplazar lodo desde la mecha hasta la superficie.

2050 Bls / 0.117 Bls / emb. = 17521 emboladas.

7.- Presiones de Bombeo durante operaciones de control de pozo.

a.- Presión Inicial de Circulación:

Cuando el lodo densificado esta y empezamos a bombearlo para controlar el pozo, la presión de circulación al iniciar esta operación debería ser igual a la suma de:

- La presión de bomba a Velocidad Reducida.

- Mas la presión de Cierre en la Tubería.

Sin embargo, es incorrecto graduar la apertura del Super choke para que la lectura en el manómetro del mismo, coincida con los cálculos de la Hoja de Matar.

Más bien, como los cálculos de presión de circulación deben ser lo más precisos posibles, es aconsejable iniciar el bombeo y mantener la presión anular constante por medio de la graduación del Super choke hasta que la bomba de lodo este bombeando a la velocidad seleccionada.

En este momento solamente se anota la presión inicial de bombeo, indicada en el manómetro de presión de circulación del tablero de Super choke.

Este valor es el que se anota en la hoja de Matar pozo.

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Si es ligeramente más alto que la suma de la Presión Reducida, más la Presión de Cierre en la tubería, déjelo así. Esta diferencia proviene de que la Presión Reducida no fue correctamente anotada.

B.- Presión Final de Circulación ( PFC )

Después de haber bombeado el lodo densificado por la tubería, hasta la mecha, el mismo empezara a llenar el espacio anular y desplazar el lodo original.

En el transcurso de esta operación, la presión de circulación se habrá reducido de un valor igual a la Presión de Cierre en la tubería.Cuando el lodo pesado llega al fondo, se anota la presión de tubería en el tablero del Super Choke y se mantiene esta presión mientras el lodo densificado está circulando hasta la superficie.

Esta presión debería ser igual a:

Presión inicial de Circulación de Cierre en la Tubería x Nuevo peso del LodoPeso del Lodo Inicial

La presión que se mantendrá regulando la apertura de Superchoque, mientras se circula el lodo densificado, desde el fondo, hasta la superficie se llama.

PRESION FINAL DE CIRCULACIÓN

8.- Como elaborar la tabla de reducción de presión superficie mecha.

La finalidad de esta tabla es la ayuda al operador del Super choque a mantener la presión en el fondo constante, mientras se desplaza el volumen interno de la sarta de perforación con lodo densificado.

Los cuatro pasos para elaborar este plan son simple.

Paso 1.-

Anotar en la casilla de arriba la presión de circulación.

Ejemplo: 1200 LPC.

Paso 2.-

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Dividir la diferencia entre la Presión Inicial y Presión Final de circulación entre el número de emboladas para bombear hasta la mecha.

Ejemplo:

Presión Inicial = 1200 LPC

Presión Final = 750 LPC

Numero de Emboladas superficie mecha = 820

Ejemplo:

Paso 2:

( 1200-750) / 820 = 0.55 LPC / Embolada

.55 LPC / Embolada representa la caída de presión teórica, en la tubería, para cada embolada de lodo densificado bombeado.

Paso 3.-

Seleccionar una caída de presión que puede monitorear fácilmente en el manómetro del tablero del Super choke.

Ejemplo:

Cada 50 LPC: 1200 a 1150, 1150 a 1100, 1100 a 1050 etc....O cada 100LPPC: 1100, 1000, 900 etc.

Paso 4.-

Determinar cuantas emboladas de lodo de lodo densificado deben ser bombeadas para que la presión de tubería se reduzca 50 o 100 LPC, utilizando la formula:

Reducción de presión Seleccionada ( 50 o 100 LPC )Caída de presión por emboladas ( Paso 2 )

Supongamos que hemos seleccionado una reducción de presión de 50 LPC.

Cuantas emboladas deben bombearse, para notar una reducción de 50 LPC, en el manómetro de presión de tubería, en el tablero del Super choque?

50 LPC / .55 LPC / emboladas = 91 emb.

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Ahora debemos llenar la Tabla de Reducción de Presión de circulación.

SICP = Presión De cierre de revestidor. La presión leída en el manómetro en este caso es igual a la diferencia entre la presión de formación y la presión hidrostática total en el anular. Puesteo que la invasión toma lugar generalmente en el espacio anular y su composición (petróleo, agua, gas) es difícil determinar la SICP no es un buen indicador de la formación.

CAUSAS DE UNA ARREMETIDA

DESCUIDO EN MANTENER EL HUECO LLENO:

A medida que la tubería se saca el nivel del fluido en el pozo disminuye debido a que el metal de la tubería desplaza cierta cantidad de lodo. Si el nivel de fluido disminuye lo suficiente para disminuir la presión hidrostática del lodo entonces los fluidos de la formación fluirán hacia el pozo, ocasionando una arremetida.

POZO SUABEADO:

El suabeo se puede detectar observando el nivel de lodo a medida que la tubería seca del pozo. Si el fluido no baja lo suficiente, o si el fluido parece que siguiera la tubería a medida que se saca, el suabeo está ocurriendo. Si no se toman correctivos inmediato puede dar origen a una arremetida inducida por una disminución de la presión de fondo del pozo (BHP), es decir se habrá generado una presión negativa capaz de provocar un desbalance. Otra indicación del fenómeno de suabeo es el arrastre en los indicadores de peso.

PERDIDA DE CIRCULACIÓN:

Si la presión hidrostática del lodo disminuye hasta el punto de llegar a ser menor que la presión de la formación, se estará preparando un escenario ideal para una arremetida.

Cuando existe la pérdida de circulación, el nivel de fluido en el hueco puede empezar a bajar, causando de esta una disminución en la presión hidrostática de lodo con la consecuente influjo de fluidos de la formación al pozo.

LODO CORTADO POR GAS:

La mayoría de la expansión del gas ocurre cerca de la superficie del hueco. Dependiendo del tamaño del hoyo y la tasa de penetración que se esté perforando la cantidad de gas en el

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volumen que corta la mecha puede ser considerable por lo tanto una disminución de la presión hidrostática puede ocasionar una arremetida.

PRESIONES ANORMALES.

Puesto que las formaciones anormales y densidad de lodo suficiente a menudo van “acompañadas”, parecía que las solución a este problema sería perforar con alta densidad de lodo. Sin embargo, alta densidad del lodo excedería el gradiente de fractura, causaría el atascamiento de la tubería y disminuiría la rata de penetración. La mejor práctica es probablemente mantener suficiente peso del lodo para mantener un ligero sobre-balance y meter revestimiento cuando el peso del lodo se acerca al gradiente de fractura en la parte mas débil del hueco abierto.

EJERCICIO Nº 1.

Tienen los siguientes datos del pozo GEO – 1X.PVT (TVD) = 9000’NW = 10,0 LPGDRILL PIPE = 4.5’’ X 3.826’’dh = 8.5’’Pformación = 9.9 LPG equivalentePortamechas = 7’’ X 2.5’’

Asuma que el perforador quiere sacar 5 parejas (94’ por pareja) entre llenado. Esto quiere decir que cada vez que saca 5 parejas llena el hueco. Puede el perforador hacer esto con seguridad?.

SOLUCION:

Para encontrarla respuesta a este problema, es necesario calcular la disminución del nivel de fluido en el pozo después de haber sacado las 5 parejas (cada parada está compuesta por 3 tubos de 31.3 pies cada uno aproximadamente), por lo tanto una parejas mide 94 pies.

1.- Calcule el fluido desplazado por las 5 parejas.

Desplazamiento de la tubería ( bls / pie ) = DE2 - DI2

1029

= ( 4.5 )2 - ( 3.826 )2 = 0.00545 Bls / pie 1029 La longitud de la tubería cada vez que llena el hueco = 5 parejas x 94 pies / parada = 470’

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El fluido total desplazado por 470’ de tubería es:470’ x 0.00545 bls / pie = 2.562 bls

2.- Cuál es la disminución en el nivel debido al desplazamiento de 2.562 Bls?

Capacidad del anular, Bls / pie = DI2 ( hueco ) - DE2 ( tubería ) 1029

= ( 8.5 )2 - ( 4.5 )2 = 0.0505 Bls / pie 1029

Capacidad de la TP de 3.826” = 0.0142 Bls / pie ( Según tablas ).

Disminución del nivel = Lodo Desplazamiento, Bls al sacar 5 parejas Capacidad TP, Bls / pie + Capacidad Anular, Bls / pie

= 2.562 Bls = 40 pies 0.0142 Bls / pie + 0.0505 Bls /pie

3.- Cuándo es la reducción en la presión hidrostática?

El nivel de fluido ha bajado 40 pies, por eso la reducción de la presión hidrostática es:

HP = 0.052 x NW x D = 0.052 x 10 x 40 = 21 psi.

4.- Calcula la presión hidrostática ( HP ) de 9000’ de lodo de 10 ppg. La presión de la formación se dio anteriormente como 9.9 ppg equivalente. Calcule la presión de la formación en psi.

Presión de formación en psi = 0.052 x 9.9 x 9000’ = 4.633 psi

Puesto que el perforador sacó 5 parejas sin llegar el hueco, la presión hidrostática del fluido en el hueco se redujo 21 psi. La presión hidrostática del lodo ahora en el hueco es:

4.680 psi - 21 psi = 4659 psi

La diferencia entre la nueva presión hidrostática ( sin llenar el hueco ) y la presión de la formación es:

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4659 psi 4633 psi 26 psi ( no hay influjo )

26 psi es el factor de seguridad actuando a favor del perforador cuando saca las 5 parejas cada vez que llena el hueco.

EJERCICIO Nº 2.

Las lastra barreras de perforación ( drill collars ) desplazan considerablemente más fluido que la tubería. Por lo tanto, cuando los lastra barreras se están sacando, es necesario hacer los llenados del hueco con mayor frecuencia que cuando se saca la tubería. Asuma que los datos del pozo son los mismos que los usados en el ejemplo anterior.

Asuma que el perforador quiere sacar 3 parejas porta mechas de perforación antes de cada llenado del hueco. Puede el hacer con seguridad?

Solución:

1.- Calcule el fluido total desplazado por 3 parejas ( 90 pies / pareja ) de porta mechas.

Desplazamiento de las PM ( Bls / pie ) = DE2 - DI2

1029

( 7 )2 - ( 2.5 )2 = 0.0415 Bls / pie 1029

Desplazamiento total = 90 pies / pareja x 3 pareja x 0.0415 Bls / pie = 11.2 pie

2.- Cuál es la disminución en el nivel debido al desplazamiento?

Capacidad del anular, Bls / pie = f DI2 (hueco ) - DE2 ( porta mechas ) / 1029

= ( 8.5 )2 - ( 7 )2 = 0.0226 Bls / pie 1029

Capacidad de las porta mechas Bls / pie = DI2 = ( 2.5 )2 = 0.006 Bls / pie 1029 1029

Disminución del nivel = f ( Desplazamiento ( Bls ) / capacidad anular + capacidad de porta mechas ).

= 11.2 Bls ( 0.0226 + 0.006 ) ( Bls / pie )

= 11.2 Bls = 392 pies 0.0286 Bls / pie

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3.- Cuál es la reducción de la hidrostática como resultado de la disminución del nivel del fluido?.

El nivel de fluido ha bajado 392 pies así que la reducción en la presión hidrostática es:

HP = 0.052 x 10 x 392 = 204 psi.

La presión de la formación se da como 9.9 ppg equivalente.

FP = 0.052 x 9.9 ppg x 9000 pies = 4633 psi

La presión hidrostática del lodo sin llenar = HP con el hueco lleno - reducción de presión, psi

HP con el hueco lleno = 0.052 x 10.0 x 9000 = 4680 psi

Por lo tanto HP sin llenar el hueco = 4680 psi - 204 psi = 4476 psi

Así tenemos que la presión hidrostática del lodo en el hueco después de sacar 3 paradas latra barreras es 4476 psi y la presión de formación es 4633 psi. Se deja al criterio del estudiante, deducir que pasará ( hay influjo ).

La conclusión a sacar es doble:

1.- Llenar el hueco frecuentemente mientras se saca la tubería es una práctica muy buena, especialmente cuando se perfora muy cerca al balance.

El U.S.G.S. ( Servicio Geológico de los Estados Unidos ) requiere que el hueco se llene con lodo antes de que la reducción de presión en el fondo del pozo llegue a 75 psi, o no más de 5 parejas( cada pareja 3 tubos de 31.5 pies aproximadamente cualquiera que produzca una menor reducción.

2.- La tubería que desplaza bastante lodo( como los lastra barrenas o los heavy-wate(tubería pesada) demandara llenados mas frecuentes, no solamente para cumplir con la ley, sino por medida de seguridad para el personal y el equipo de perforación tambien. Una buena practica es llenar el hueco por cada pareja que se saca o continuamente se sacan lastra barrenas de perforación o tubería pesada.

INDICADORES DE UNA HERRAMIENTA

Aumento De Flujo en la Línea de Retorno

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Un aumento del flujo en la línea de retorno del pozo durante la perforación, es una señal caliente de que algo anormal esta ocurriendo. Si dicho aumento se debe a un caudal adicional aportado por la formación existe una arremetida.

Si por el contrario se debe a una causa, como por ejemplo la circulación de manera inadvertida por la línea de matar, no implica la ocurrencia de una arremetida, por lo tanto es necesario disponer en el taladro de un medidor de flujo, debidamente calibrado e instalado en la línea de retorno, a fin de detectar oportunamente cualquier anormalidad en el caudal de retorno.

Aumento de Volumen en los Tanques

El aumento de volumen de lodo en los tanques durante la perforación, sin que se haya agregado lodo de la reserva a estos, es un indicador de que se esta ganando fluido y por lo tanto es posible que se trate de una arremetida.

Para el control de este volumen se debe disponer de sensores que permitan detectar aumento o disminución de lodo en los tanques, como de las alarmas correspondientes para alertar al personal.

Aumento en la Velocidad de Penetración.

En general, un cambio repentino en la penetración de la mecha lo ocasiona un cambio en el tipo de formación que se perfora o un aumento en la permeabilidad de la formación. Si la mecha entra en una formación con presión mayor a la esperada, se genera un incremento en la velocidad de penetración y puede ocurrir una arremetida. En este caso se debe interrumpir las operaciones y observar el pozo.Es necesario llenar un grafico de la tasa de penetración contra la profundidad para analizar la tendencia del incremento de presión y así poder prevenir la arremetida.

Incremento en las Unidades de Gas

El incremento de las unidades de gas en el fluido de perforación es considerado como una advertencia de presencia de alta presión en la formación. El gas disminuye la densidad del lodo y favorece la ocurrencia de una arremetida.

Las unidades de gas se miden con la utilización de un dispositivo especial conocido como cromatógrafo, el cual permite además conocer los componentes del gas que se tiene en el sistema.

Lodo Contaminado con Agua Salada

Al perforar formaciones salinas o que contengan agua salada con un lodo de perforación en base a agua, se puede originar una comunicación de este, la cual se detecta por el aumento del contenido de cloruros al analizar el fluido de perforación.

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Cuando la contaminación es severa, los cambios en las condiciones físicas del lodo, sobre todo en su viscosidad, son tan extremas que pueden ser observadas a simple vista.

Disminución de la Presión de Circulación y Aumento de Emboladas de la Bomba

Una disminución en la presión de circulación ocurre cuando los fluidos producto de la arremetida hacen que la presión hidrostática disminuya en el espacio anular hacia la superficie, ocasionando que disminuya la presión necesaria para circular el fluido en el hoyo y que aumente el número de arremetidas de las bombas.

Al disminuir la presión en el espacio anular, se incrementa la velocidad de la bomba por existir menos resistencia que vencer para la misma.

Los instrumentos que se utilizan para detectar este indicador son los manómetros que se encuentran a la salida de la bomba y en el piso de la cabria.

Pozo Fluye con las Bombas Paradas

Este es un indicador determinante de una arremetida. Si las bombas están paradas y el pozo esta fluyendo, es seguro que una arremetida esta en camino.

En esta situación se procede a cerrar el pozo y a seguir los procedimientos correspondientes según se explicará mas adelante en el módulo relativo a control de pozos.

En Viaje

El Pozo no toma Volumen de lodo Adecuado

La entrada de fluido al hoyo se puede determinar a través de la medición del volumen de fluido utilizado para compensar el volumen de acero(sarta de perforación) sacado del hoyo durante el viaje.

Si el volumen de fluido tomado por el hoyo es menor que el volumen calculado, la formación esta aportando fluidos al hoyo. Esto significa que una arremetida esta en proceso de ocurrir.

CIERRE PERFORANDO

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Una vez detectada la presencia de indicadores de una arremetida, se debe proceder a cerrar el pozo siguiendo el procedimiento adecuado.

Procedimiento Detallado.

CIERRE DURANTE UN VIAJE

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Cuando el pozo no toma el volumen teórico calculado sucede algo anormal. Si toma más volumen del calculado, se podría estar originando una pérdida de circulación. Si por el contrario, el pozo toma menos volumen que el calculado, entonces una cantidad de flujo extraño ha invadido el pozo.

Procedimiento Detallado

CIERRE CON EL DESVIADOR DE FLUJO

Para que el pozo no fluya directamente sobre la estructura del taladro, se han diseñado equipos denominados desviadores de flujo, cuya función principal es la de conducir estos fluidos lejos del pozo y de la estructura.

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Este equipo consiste en un preventor anular de baja presión que permite cerrar el espacio anular y de una serie de líneas que llevan el flujo lejos del equipo.

Se utiliza un desviador de flujo cuando se duda si al cerrar el pozo la presión aplicada contra la formación supere su resistencia a la fractura debajo de la zapata del revestidor y puede originarse un reventón interno.

Procedimiento

Es importante saber que el procedimiento requerido para controlar un pozo con un “ desviador de flujo “ es muy diferente al utilizarlo para controlar un pozo que ha sido cerrado. Cuando se utiliza el primero, se empieza a descargar fluidos a altos galonajes logrando algunas veces controlar el pozo de esta manera. Sin embargo, este procedimiento depende de que podamos circular el lodo a una tasa mayor que la del retorno y de las densidades de los fluidos.

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matematica de taladro

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