Cálculos Básicos de Perforación Petrolera

Escuela Militar de Ingeniería

“Mcal. Antonio José de Sucre”

1. Con los siguientes datos:

CSG

V 5

1000 [m]

V 5

Casing CSG: 1600 [m] de Profundidad, Diámetro Interno ó 323 [mm].

13 3 8 ''

Diámetro del Pozo (Trépano): 250.8 [mm] ó

9 7 8 '' .

de

Tubería de Perforación T. P.: 4000 [m] de Profundidad, 5 '' de Diámetro Externo o 127 [mm] y 108.6 [mm] de Diámetro Interior.

1600 [m] 2000 [m] V 1

V 4

3000 [m]

V 4

Drill Collar D. C.: 4200 [m] de Profundidad, 185 [mm] de Diámetro Externo y 72 [mm] de Diámetro Interno.

T. P.

Sistema de Superficie: 2 Piscinas, cada una de 4 [m] de Profundidad, 3 [m] de ancho y 10 [m] de largo. Cada una tiene 2.5 [m] de lodo con la Sarta de Perforación en el agujero.

4000 [m] V 2

4200 [m]

D. C.

Lodo Base Agua: Gravedad específica de 1.50 ó su equivalencia 1500  kg m  .

DP

3

5000 [m]

V 3

Bombas de Lodo Tríplex: 152.4 [mm] de Diámetro y 304.8 [mm] la Longitud de la Camisa, 110 [ Stk Min ] y una eficiencia del 90%.

a. Capacidad total del sistema de superficie en m 3 y m3/m. SOLUCIÓN 3 La Capacidad total del Sistema de Superficie C Total Total en [m ] será:

CTotal

=2

(A

ncho

)

(

⋅ Largo ⋅ Profundidad = 2 3 ⋅10 ⋅ 4

)

⇒ CTotal

= 240  m



3



3 La Capacidad total del Sistema de Superficie C Parcial Parcial en [m /m] será:

C Parcial

=

C Total

=

Profundidad

240 4

⇒ C Parcial

= 60  m

3





m 

b. El volumen total de lodo en el sistema de superficie en m 3. SOLUCIÓN V Lodo

=

H Lodo ⋅ C Parcial

2.5 ⋅ 60 = 2.5

⇒ V Lodo

= 150  m



3



c. El volumen total de lodo en el agujero sin la sarta de perforación en el agujero. SOLUCIÓN Perforación Petrolera II: Cálculos Básicos de Ingeniería de Pozos

1



El Volumen de Lodo contenido dentro de la Tubería de Revestimiento V 1 será:

V1

=

2 DI CSG [ mm] ⋅ LCSG [ m ]

2

 m  3

=

1273000

∴

V1

=

323 ⋅1600 1273000

= 131.13  m



3



El Volumen de Lodo contenido dentro del Agujero Abierto V 2 será:

V2

=

DP2 [ mm ] ⋅ LP [ m ] 1273000

2

=

 m  3

∴

V1

250.8 ⋅ 2600

=

= 128.47  m



1273000

3



Por tanto, el Volumen Total de Lodo en el Agujero sin la Sarta de Perforación será:

V Lodo

⇒ V Lodo

= V1 + V 2 = 131.13 + 128.47

= 259.6  m





3

d. El volumen total de lodo en el agujero con la sarta de perforación en el agujero. SOLUCIÓN Según la gráfica:

V1

V2

V3

V4

V5

=

DIT2. P. [ mm] ⋅ LT . P. [ m ]

2

=

1273000

=

DI D2 .C . [ mm ] ⋅ LD.C . [ m ]

=

DP2 [ mm ] − DED2 .C . [ mm ] 1273000

=

DP2 [ mm ] − DET2. P. [ mm ] 1273000

=

 m  3

V1

=

= 37.06  m



1273000

∴

V2

=

72 ⋅ 200 1273000

= 0.81  m



2

⋅ L D.C .

[ m ] = m  3

∴

V3

=

250.8 − 185

3



⋅L

[ m ] = m  3

∴

V4

⋅ LCSG

[ m ] = m  ∴

V5

⋅ 200 = 4.50  m

250.8 − 127

=

323 − 127

3



2

⋅ 2400 = 88.18  m



1273000 2

3



2

1273000

=

3



2

2 DI CSG [ mm] − DET2. P. [mm ]

1273000

∴

108.6 ⋅ 4000

2

1273000

=

 m  3

3



2

1273000

⋅ 1600 = 110.85  m



3



Por tanto, el Volumen Total de Lodo en el Agujero con la Sarta de Perforación será:

VTotal V Total

= V1 + V2 + V3 + V4 + V5

= 37.06 + 0.81 + 4.50 + 88.18 +110.85

⇒ VTotal

= 241.4  m



3



e. El volumen total de circulación del sistema. SOLUCIÓN El Volumen Total de Circulación del Sistema será entonces el resultado de la suma entre el volumen total de lodo en el sistema de superficie (b.) y el volumen de lodo total en el agujero incluyendo a la sarta de perforación (d.):

VCirculación

= VLodo + V Total = 150 + 241.4

⇒ VCirculación

= 391.4  m



3



f. El tiempo total de circulación del ciclo de lodo (De superficie a fondo y de fondo a superficie). Perforación Petrolera II: Cálculos Básicos de Ingeniería de Pozos

2


“Mcal. Antonio José de Sucre” SOLUCIÓN

El Caudal de la Bomba es:

Q Bomba

=

D 2 [ mm ] ⋅ LCamisa [ mm ] 424333

 ⋅η =  Lt  Stk 

2

∴

Q Bomba

=

152.4 ⋅ 304.8

⋅ 0.9 = 15.01  Lt



424333



Stk 

Entonces:

 m3   Stk   Lt   Lt  110  Min  ⋅15.01  Stk  = 1651.1  Min  = 1.6511  Min    Por tanto, el tiempo total de circulación del ciclo de lodo será: 241.4  m



3

[

1 Min

]

 ⋅ 3 1.6511  m   

⇒ T

= 146.2

[ Min]

g. La velocidad anular de cada intervalo. SOLUCIÓN Según la gráfica:

Q Bomba

v1 =

Donde: C 1 = 9.265 ⋅10

C 1 m 1.6511  

Min





m

3

∴

v2

v1 =

=

9.265 ⋅10

−3

m3



Q Bomba m 1.6511  

 −3 m 4.05 ⋅10   m 

 m3   m 

⇒ v1 = 178.21  m Min 

Donde: C 2 = 4.05 ⋅10

C 2

−3

−3

 m3   m 

3

∴

v3

v2

=

=

Min 3

Q Bomba

⇒ v2

= 407.68  m

  Min 

Donde: C 3 = 0.0225  m



C 3 m 1.6511  

 m 0.0225   m 



3

m 

3

∴

v4 ∴

v5

v3

=

=

Min 3

Q Bomba

=

=

= 73.38  m

  Min 

Donde: C 4 = 0.03674  m

3



C 4 v4

⇒ v3

m 1.6511  

 m 0.03674   m  3

Min 3

Q Bomba

⇒ v4

= 44.94  m

  Min 

Donde: C 5 = 0.06928  m

3



C 5 m 1.6511  



m 

 m 0.06928   m 



m 

3

∴

v5

=

Min 3

⇒ v5

= 23.83  m

  Min 

h. La presión hidrostática en el fondo debido a la densidad del lodo de perforación. Perforación Petrolera II: Cálculos Básicos de Ingeniería de Pozos

3


“Mcal. Antonio José de Sucre” SOLUCIÓN

H P

=

ρ ⋅ h 10.2

 ρ :  kg Lt  = [ Bar ] Si:  h : [ m ]

∴

⇒ H P

= 617.65

H P

=

1.5 ⋅ 4200 10.2

[ Bar ] = 8957.94 [ PSI ]

2. Calcular la presión hidrostática en PSI si: La densidad del fluido M W=1.15 g/cm3, la altura H=10000 pies. SOLUCIÓN

 ρ :  g cm  H P = 1.42 ⋅ ρ ⋅ h = [ PSI ] Si:  h : [ m]

1[ ft ] = 30.48 [ cm ]

3

∴

H P

= 1.42 ⋅1.15 ⋅ 3048 = 4977.38

Donde si: 

10000 [ ft ] = 3048 [ m]

[ PSI ] ⇒

H P

= 4977.4

[ PSI ]

3. Si la presión hidrostática es 12354 PSI, la densidad del fluido 10 LPG ¿Cuál es la profundidad del pozo en pies? SOLUCIÓN H P

= 0.052 ⋅ ρ ⋅ h =

∴

h=

12354

 ρ : [ LPG ]

[ PSI ] Si: 

Entonces: h =

h : [ ft ]

= 23757.69

0.052 ⋅10

[ ft ] ⇒

H P 0.052 ⋅ ρ

h = 23758 [ ft ]

4. ¿Cuál es la densidad del fluido, si la profundidad del pozo es 9999 m y la presión hidrostática es 19999 PSI? SOLUCIÓN H P

= 0.052 ⋅ ρ ⋅ h =

∴

ρ =

[ PSI ]

19999

 ρ : [ LPG ]

Si: 

Entonces: ρ =

h : [ ft ]

= 11.72

0.052 ⋅ 32805.12

[ LPG ] ⇒

H P 0.052 ⋅ h

ρ = 11.72 [ LPG ]

5. Si las medidas de las camisas de una bomba tríplex son 6’’ de diámetro y 10’’ de longitud ¿Cuál será la capacidad de la bomba en Galones/Embolada considerando un 95% de eficiencia? SOLUCIÓN 2

Q=

3 ⋅ π ⋅ D ⋅ L 4

3  ⋅η = inn  Stk 

1  ft 3  = 1728 inn3       Donde si:  3 1  ft  = 7.48 [ Gal ]

2

∴

Q=

3 ⋅ π ⋅ 6 ⋅10

⋅ 0.95 = 805.82 inn

4



3



Stk 

⇒ Q = 3.49 Gal Emb

Perforación Petrolera II: Cálculos Básicos de Ingeniería de Pozos

4

Escuela Militar de Ingeniería “Mcal. Antonio José de Sucre” 6. ¿Qué peso de lodo se debe tener para mantener a los fluidos a una presión de 4300 PSI a una profundidad de 10000 pies? (Asuma un factor de seguridad de 200 PSI). SOLUCIÓN Por un lado sabemos que:

Pero además:

H P

=

H P

= 0.052 ⋅ ρ ⋅ h =

H P

= 4300 + 200

∴

ρ =

∴

H P

PF + ∆P

= 4500

⇒

[ PSI ]

H P

 ρ : [ LPG ]

[ PSI ] Si: 

 h : [ ft ]

4500

=

0.052 ⋅ h

= 8.65

0.052 ⋅10000

[ LPG ]

ρ = 8.65 [ LPG ]

7. En el ejercicio 6. si después de 10 años la presión desciende a 2000 PSI ¿Cuál será la nueva densidad del lodo? SOLUCIÓN Por un lado sabemos que:

Pero además:

H P

=

H P

= 0.052 ⋅ ρ ⋅ h =

H P

= 2000 + 200

∴

ρ =

∴

H P

PF + ∆P

= 2200

⇒

[ PSI ]

H P

[ PSI ]

 h : [ ft ]

2200

=

0.052 ⋅ h

 ρ : [ LPG ]

Si: 

= 4.23

0.052 ⋅10000

[ LPG ]

ρ = 4.23 [ LPG ]

8. Se tiene un V 1=5 m3con una densidad de 1.20 g/cm 3, un V2=15 m3 con una densidad de 1.40 g/cm3. Determinar la densidad resultante. SOLUCIÓN ρ F =

∴

mF VF

ρ F =

=

m1 + m2

=

( ρ

V1 + V2

) (

⋅ V1 + ρ 2 ⋅ V 2 1

1.20  g cm Donde:  g 1.40  cm

)

V1 + V2

(1.20 ⋅ 5 ) + (1.40 ⋅15 )

= 1.35 Tn

5 + 15



 ⇒ m  3

ρ F = 1.35

3

3

 = 1.20 Tn m  = 1.40 Tn m

3

3

 

g  3  cm 

9. Describa los sistemas que conforman el equipo de perforación: SOLUCIÓN Un equipo moderno de perforación, consiste básicamente de 7 sistemas o componentes principales: ∗

Broca de perforación y sarta de perforación o también denominado equipo de manejo de tuberías.

∗

Sistema de circulación del fluido de perforación.

∗

Sistema de movimiento de la sarta de perforación.

∗

Sistema de suministro de energía.


5



∗

Sistema de válvulas preventoras (B. O. P.’s).

∗

Sistema de Izado o Izaje.

∗

Sistema de Resistencia.

10. ¿Cuál es la diferencia entre un lodo base agua (MWB) y un lodo base aceite (MOB)? SOLUCIÓN La diferencia principal entre este tipo de lodos, consiste básicamente en que en un lodo base agua (MWB) la fase continua se encuentra formada aproximadamente por un 60% y 90% de agua; en cambio, en un lodo base aceite (MOB) esta misma fase se encuentra formada aproximadamente por un 40% al 70% de aceite. Otras diferencias entre estos tipos de lodos se presentan también en la composición de la fase discontinua; puesto que en un lodo base agua (MWB) los aditivos y polímeros integran aproximadamente el 7%, los sólidos un 27 % y los líquidos lubricantes un 3%; mientras que en un lodo base aceite (MOB) las salmueras ocupan entre el 10% al 20%, los aditivos alrededor del 6% y los sólidos aproximadamente entre un 15% y 30%.

11. Explique las principales funciones del fluido de perforación ¿Cuál es la más importante? SOLUCIÓN Existen muchas formas en las cuales el fluido de perforación ayuda a la operación, y de hecho, es un elemento vital para la perforación exitosa de un pozo; ya que: ∗

Enfría y lubrica la broca de perforación y la sarta de perforación con el fin de minimizar su desgaste, prolongar su vida y reducir costos.

∗

Remueve los fragmentos de roca perforados o los cortes que vienen del pozo; esto no sólo mantiene el espacio anular limpio, sino que permite el análisis de los recortes en superficie para la evaluación de la formación que se atraviesa.

∗

Ayuda a balancear las presiones altas de fluido que se pueden presentar en algunas formaciones y, minimizar de esta manera el potencial de patadas o reventones.

∗

Ayuda a estabilizar el diámetro interior del pozo y las formaciones que ya han sido perforadas.


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Cálculos Básicos de Perforación Petrolera

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