Unidad 1 Control de Pozos

INSTITUTO INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOAL COS DIVISIÓN DE INGENIERÍA PETROLERA

TERMINACIÓN Y MENTENIMIENTO DE POZOS TRABAJO DE INVESTIGACION

UNIDAD 1: CONTROL DE POZOS

QUE PRESENTAN LOS ALUMNOS: PINALES RODRIGUEZ SAUL CHAN LOPEZ GABRIELA VICTORIA LÁZARO JOSÉ ROBERTO CARLOS SOLORZANO VELAZQUEZ ROBERTO

GRADO Y GRUPO: 8°

C

CARRERA: INGENIERÍA PETROLERA

FACILITADOR: BIOL. ARMANDO ALAFITA VALENCIA

COATZACOALCOS, VERACRUZ A 25 DE AGOSTO DEL 2016

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INSTITUTO INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOAL COS DIVISIÓN DE INGENIERÍA PETROLERA

CONTENIDO INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 3 1.1 CONTROL DE POZOS ......................................................................................................... 4 CAUSAS E INDICADORES INDICADORES DE UN BROTE ............................................................................ 6 1.2 MÉTODOS DE CONTROL DE POZOS................................................................................. 7 MÉTODO DEL PERFORADOR PERFORADOR ............................................................................................... 8 MÉTODO DE ESPERE Y DENSIFIQUE................................................................................ 12 12 MÉTODO CONCURRENTE CONCURRENTE .................................................................................................. 16 CONCLUSIÓN .......................................................................................................................... 19 BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................... 20

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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOAL COS DIVISIÓN DE INGENIERÍA PETROLERA

INTRODUCCIÓN Desde los inicios de la industria petrolera se llevan a cabo innumerables medidas de seguridad, tanto para el cuidado de la integridad del personal como del equipo de trabajo, esto es a través de procedimientos y metodologías aplicables según la gravedad del problema existente en el pozo. En los pozos petroleros, durante las etapas de perforación, terminación y mantenimiento de los mismos, puede existir la probabilidad que exista un brote. Esto se debe a un desbalance entre la presión de formación y la presión hidrostática del fluido de control. Si los brotes son detectados a tiempo, aplicando los métodos de control para manejarlo en superficie inmediatamente y de manera correcta no causan daños industriales, ecológicos o al personal. De no ser así, se incrementan los tiempos y costos de la intervención. Si el brote no es detectado a tiempo, y no se aplican las medidas correctas en superficie para manejarlo o no se tiene integridad en los sistemas superficiales de control; este puede manifestarse de forma violenta en superficie, con todo el potencial contenido en la formación productora y sin poder manejar los fluidos a voluntad. En la industria petrolera, a esta condición se le conoce como “descontrol de pozo” . En algunos de los casos un descontrol puede alcanzar tal magnitud, que puede ocasionar la pérdida total del equipo, del mismo pozo y daños severos al personal, al entorno social y al medio ambiente. Es sumamente importante que durante la intervención en un pozo, cualquiera que sea su objetivo, se eviten brotes mediante la aplicación de sistemas adecuados de:     

Fluidos de perforación. Conexiones superficiales de control. Equipos superficiales de medición de parámetros. Practicas operativas. Personal debidamente capacitado y entrenado.

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1.1 CONTROL DE POZOS La definición de control de pozos es, mantener la presión de formación por debajo de la presión ejercida por el gradiente hidrostático generado por un fluido de control. Es la tecnología que se centra en mantener la presión en las formaciones sin entubar (es decir, expuestas al pozo) para prevenir o dirigir el flujo de los fluidos de formación hacia el interior del pozo. Esta tecnología abarca la estimación de las presiones de los fluidos de formación, la resistencia de las formaciones del subsuelo, y el uso de la tubería de revestimiento y la densidad del lodo para compensar esas presiones de manera predecible. Se incluyen además procedimientos operacionales para detener el flujo de un pozo en forma segura, en caso de producirse un influjo de fluido de formación. Para llevar a cabo los procesos de control de pozo, se instalan válvulas grandes en el extremo superior del pozo que permiten al personal de la localización del pozo cerrarlo si es necesario. Antes de continuar es necesario revisar las siguientes definiciones para comprender con mayor facilidad el tema: Se le llama brote a la entrada de fluidos provenientes de la formación al pozo, generado por un desbalance entre la presión de formación y la presión hidrostática del fluido de control. La severidad de un brote depende de varios factores, uno de los más importantes es la permeabilidad de la roca. Una roca con alta permeabilidad y porosidad tendrá más posibilidad de provocar un brote que una roca con baja permeabilidad y porosidad. Se conoce como descontrol al influjo de fluidos que no puede manejarse a voluntad dado un problema en las conexiones superficiales de control o debido una respuesta tardía o alguna técnica mal empleada. La presión ejercida por una columna de fluido, debido a su densidad y altura vertical es conocida como presión hidrostática. Su fórmula en el sistema métrico decimal es la siguiente: ℎ =

× 10

Donde:

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  

P: Presión, [kg / cm2] D: Densidad, [gr / cm 3] H: Profundidad, [m]

La presión de formación es la presión de los fluidos contenidos dentro de los espacios porosos de una roca. Las presiones de formación se clasifican en:  Normales.  Subnormales.  Anormales. Al peso de los materiales que se ejerce en un punto determinado en la profundidad de la tierra se le conoce como presión de sobrecarga o presión total de formación. La fórmula para conocer la presión de sobrecarga, σ SC, es:  =

(  ) + (  ) (   )

En donde los valores empleados son el promedio de la densidad del agua contenida en los poros y el promedio de la densidad de los granos minerales. Esta presión se debe al peso de las rocas junto con los fluidos que contienen. Es conveniente su determinación, ya que con frecuencia ocurren variaciones considerables. La presión de fractura es la presión a la cual se presenta una falla mecánica de una formación, originando perdida de lodo hacia la misma, esta puede ser parcial o total. Aunque los términos presión de fractura y gradiente no son técnicamente lo mismo, a menudo se emplean para designar lo mismo. Los gradientes de fractura usualmente se incrementan con la profundidad. Existen métodos directos e indirectos para calcular los gradientes de fractura de la formación. El método indirecto se evalúa en campo para determinar el gradiente de fractura, es denominado "Prueba de Goteo". Los métodos directos son propuestos por los autores: Hubert y Willis.  Matthews y Kelly.  Eaton. 

Cuando se perfora un pozo se imponen presiones sobre los costados del agujero y la mayor presión es la que ejerce la presión hidrostática del lodo de perforación. Sin

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embargo, la presión requerida al circular el lodo por el espacio anular también actúa sobre las paredes del agujero. Esta presión a condiciones dinámicas pocas veces excede los 14 (kg/cm2). Pero otras presiones adicionales se originarán por la contrapresión del lodo del espacio anular por efectos de gravedad o por el movimiento de tubería. Cuando se cierra un pozo, el intervalo aportado seguirá fluyendo hasta que las presiones hidrostática y de formación se equilibren y estabilicen, lo cual puede llevar algunos minutos, dependiendo del tipo de fluido invasor y de la permeabilidad de la roca. Una vez estabilizado el pozo, las presiones de cierre serán el resultado de la diferencia entre la presión hidrostática y la presión de formación. En la mayoría de los casos, la Presión de cierre en la tubería de revestimiento (PCTR) será más alta que la Presión de Cierre en la Tubería de Perforación (PCTP). Esto se debe a que los fluidos de la formación con mayor facilidad fluyen al espacio anular, desplazando al lodo y disminuyendo su columna hidrostática, lo que no ocurre comúnmente con el lodo del interior de la sarta, por lo que generalmente se toma el valor de PCTP como el más confiable para calcular la densidad de control. Sin embargo, debe señalarse que existen situaciones ocasionales, donde la presión de cierre en la TP no es muy confiable. Tal caso ocurre cuando se presentó un brote al estar perforando y no fue detectado oportunamente. La descompensación de columnas puede ser tan grande que al cerrar el pozo, la columna de la TP esté parcialmente vacía y no haya presión (PCTP = 0). Posteriormente, al ser rellenada la TP (con el fluido invasor) se tendrá una represión (PCTP distinta de cero) que al calcular la densidad de control dará un valor erróneo. Cómo se observa, este control estará destinado, desde sus inicios, a generar problemas adicionales.

CAUSAS E INDICADORES DE UN BROTE Durante las operaciones de perforación, se conserva una presión hidrostática ligeramente mayor a la de formación. De esta forma se previene el riesgo de que ocurra un influjo. Sin embargo, en ocasiones, la presión de formación excederá la hidrostática y ocurrirá un influjo, esto se puede originar por diversas causas:   

Suaveo del pozo al sacar tubería. Densidad insuficiente del lodo. Perdidas de circulación.

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 

Contaminación del lodo con gas. Llenado insuficiente durante los viajes.

Cuando ocurre un brote, el lodo es desplazado fuera del pozo, si el brote no es detectado ni corregido a tiempo, el problema se puede complicar hasta llegar a producir un reventón. Los indicadores definidos de que el lodo está fluyendo fuera del pozo son:    

Aumento del volumen en presas, Aumento en el gasto de salida mientras se está circulando con gasto constante, Flujo del pozo teniéndose la bomba parada y, El hecho de que el pozo acepte menos lodo o fluya de él más lodo que el calculado para el viaje.

En la detección oportuna del brote, se puede tener hasta un 98 % de probabilidades de controlarlo.

1.2 MÉTODOS DE CONTROL DE POZOS Los principales métodos de control de pozos que mantienen una presión constante en el fondo del pozo son:   

El método del perforador. El método del densificar y esperar (método del Ingeniero). El método concurrente.

Estos métodos tienen como objetivo aplicar una presión constante en el fondo del pozo, para desalojar el brote, hasta que se obtiene el control total sobre el mismo. Cada método de control del pozo tiene sus propias ventajas y desventajas por lo que se recomienda identificarlas, a fin de aplicar, el método adecuado cuando se presente un brote en el pozo. Al aplicar un método de control del pozo se requiere contar con la información siguiente:

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      

Gasto Reducido. Presión reducida de circulación. Presión máxima permisible. Estado mecánico del pozo. Gradientes de fractura de la formación. Desplazamientos y volúmenes. Densidad del fluido

MÉTODO DEL PERFORADOR Se basa en el principio básico de control, Requiere de un circulación completo para que los fluidos invasores circulen fuera del espacio anular, utilizado el lodo con densidad original aun gasto y presión constante y un estrangulador ajustable.

Este método se usa ampliamente por su relativa aplicación ya que al detectar la presencia de un brote se toman medidas inmediatas para desalojarlo, tomando en cuenta las restricciones que se indican en la hoja de control de brotes.

El método del perforador es una técnica utilizada ampliamente para circular y sacar los fluidos provenientes de la formación en dos etapas o circuladas manteniendo la presión de fondo constante. Es ideal donde no se necesitan o no están disponibles los materiales para incrementar el peso del fluido de control, además, se usa para desalojar brotes de gas, donde los altos gastos de migración de gas a superficie pueden causar problemas durante el pozo cerrado. También se puede usar donde hay recursos limitados de personal y/o equipos. En la primera etapa o circulada los fluidos invasores del brote son desalojados circulando un ciclo completo con el fluido original con que se estaba operando al momento del brote, así mismo en esta circulada no se requiere de mayores cálculos matemáticos, es necesario tener el conocimiento de los volúmenes de fluido contenidos en el pozo y el

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sistema, así mismo facilita la maniobra cuando por lo general la sarta incluye una válvula de contrapresión. Sin embargo es necesario llevar un registro de los parámetros del comportamiento de presiones, diámetros del estrangulador, volúmenes de desplazamiento u un constante monitoreo de las densidades de salida y entrada. La segunda circulada, se realiza con nueva densidad de control del fluido y es necesario realizar cálculos matemáticos que nos permiten llevar un registro de las presiones de circulación y los volúmenes de desplazamiento (hoja de control de brotes). En ciertos casos, el método del perforador puede causar presiones algo más elevadas en la tubería de revestimiento respecto de otras técnicas, además requiere más tiempo para matar el pozo, sin embargo, no se usa a menudo en aquellos pozos donde se anticipa o se espera que haya una pérdida de circulación. A continuación está el procedimiento para el método del perforador: 1. Cierre el pozo después de observar el brote. 2. Registre las presiones de cierre estabilizadas en la tubería de perforación (PCTP) y de tubería de revestimiento (PCTR). 3. De inmediato circule y saque el fluido invasor del pozo con la densidad original del fluido. 4. Al terminar de circular el ciclo completo, cierre el pozo por segunda vez. 5. Si es necesario, se incrementara la densidad al fluido de control. 6. Se circula el pozo por segunda vez con un flujo nuevo y más pesado para recuperar el control hidrostático.

Secuencia de la pri mera circulada.

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. a.- Registre las presiones de cierras una vez estabilizadas, tanto de la TP (PCTP) como en la TR (PCTR). b.- Abrir el estrangulador a su máxima apertura. (en pozos donde la presión máxima permisible está muy limitada reduce la posibilidad de romper la zapata).

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c.- Se inicia el bombeo a gasto reducido, hasta alcanzar el número de emboladas de gasto reducido. d.- Una vez alcanzado el gasto reducido, se ajusta el estrangulador hasta alcanzar la presión que se registró al cierre en la TR (PCTR). e.- Una vez alcanzada la PCTR, se observa la presión que se registra por el interior de la tubería de perforación, a esa presión se le llamara presión de circulación f.- (PC), mantenga el gasto reducido constante y con el estrangulador mantenga esta presión en la TP hasta que el brote haya sido desalojado totalmente. g.- Una vez que el brote ha sido desalojado totalmente pare el bombeo y simultáneamente cierre el pozo, observe las lecturas que se registran en la TP (PCTP) y la TR (PCTR), estas deberán ser iguales. Nota.- En caso de existir una diferencia entre dichas presiones, es recomendable circular un tiempo de atraso a presión de fondo constante, esto con el fin de desalojar algún remanente de gas dentro de la TR. Hay que tomar en cuenta algunas consideraciones en esta primera circula:  Recuerde que al estar circulando el brote a superficie mantenga la presión de circulación (PC) en la TP, la burbuja ira en ascenso y por consiguiente se va expandiendo y aumentara el volumen en presas.  Al desalojar el gas del pozo se tiene la tendencia de abatirse la presión en el espacio anular, motivo por el cual es necesario estrangular para mantener la presión de bombeo.  Un vez desalojado el gas del pozo y observarse lodo cortado con gas, se tendrá que abrir el estrangular para ajustar nuevamente la presión de circulación a la deseada.  Existe una regla general en el tiempo de respuesta de la onda de presión en el pozo al operar el estrangulador, la cual dice que hay que esperar aproximadamente 2 segundos por cada 1000 pies de profundidad para observar variación de presión en los manómetros.  Lleve un registro de los volúmenes de fluidos en presas así como la densidad del fluido a la salida del pozo.  Cuando se haya completado la circulación y se tenga que cerrar el pozo, deberá hacerse simultáneamente disminuyendo el bombeo y cerrando el estrangulador, la presión de la TP (PCTP) no deberá ser menor a la presión de circulación, ya que podría ingresar un nuevo brote al interior del pozo.

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Secuencia de la segunda circ ulada.

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. a.- Las presiones en la tubería de perforación (PCTP) y la tubería de revestimiento b.- (PCTR) deberán de ser iguales. c.- Abra el estrangulador a la apertura de trabajo antes del cierre del pozo de la primera circulación, se inicia el bombeo del fluido con la densidad de control adecuada ajustando el gasto de la presión reducida de circulación más la presión de cierre en TP, dándonos la presión inicial de circulación (PIC) d.- Al llegar el fluido de control a la punta de la barrena se registrara la presión observada en la TP que es la presión final de circulación (PFC). Ahora esta presión se debe mantener manipulando el estrangulador hasta que el fluido de control salga a superficie e.- Posteriormente que se observa salir el fluido de control a superficie se para la bomba del equipo y se cerrara el estrangulador simultáneamente si no se observa presión en TP ni en TR el pozo está controlado.

Ilustración 1

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Ilustración 2 Método del perforador analizado a partir del modelo del tubo en U.

MÉTODO DE ESPERE Y DENSIFIQUE Este método (también llamado Método del ingeniero) implica que estando el pozo cerrado se tenga que esperar mientras se prepara fluido de perforación con la densidad adecuada y equilibrar la presión hidrostática con la presión de la formación, así como recabar los datos necesarios y efectuar los cálculos para llevar acabo el control del pozo.

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Este método tiene algunas ventajas con relación al método del perforador: 





Las presiones ejercidas en el pozo y en las conexiones superficiales de control serán menores, eso ayudara mucho en pozos que presenten o se tenga sospecha de pérdida de circulación. Cuando el flujo del fluido de control comience a subir por el espacio anular será antes de que la parte superior del brote llegue a la zapata o al punto más débil del agujero descubierto del pozo esto ayudara a que la presión máxima ejercida en ese punto sea menor. El pozo estará bajo presión por menos tiempo.

Ilustración 3

Secuencia. 1. Abra el estrangulador y simultáneamente inicie el bombeo del lodo con densidad de control a un gasto reducido (Qr). 13


2. Ajuste el estrangulador e iguale la presión de cierre de la tubería de revestimiento. a) (PCTR), en ese momento registre la presión en la TP la cual se llamara presión inicial de circulación (PIC). 3. Mantenga la presión en el espacio anular constante, con ayuda del estrangulador, hasta que la densidad de control llegue a la barrena. 4. Cuando el lodo de control llegue a la barrena, lea y registre la presión en la tubería de perforación que se llamara presión final de circulación (PFC). 5. Mantenga constante el valor de presión en la tubería de perforación, auxiliándose del estrangulador; Si la presión incrementa, abra el estrangulador; Si disminuye ciérrelo. 6. Continúe circulando manteniendo la presión en la tubería de perforación constante, hasta que el lodo con densidad de control llegue a la superficie. 7. Suspenda el bombeo y cierre el pozo. 8. Lea y registre las presiones en las tuberías de perforación y de revestimiento. 9. Si las presiones son iguales a cero, el pozo estará bajo control. Si las presiones son iguales entre sí, pero mayores a cero, la densidad del lodo bombeado no fue la suficiente para controlar el pozo, por lo que se deberá repetir el procedimiento con base a las presiones registradas. Si la presión de la tubería de perforación es igual a cero pero en tubería de revestimiento se registra alguna presión, será indicativo que no se ha desplazado totalmente el espacio anular con la densidad de control o que hubo ingreso adicional de fluidos de la formación al pozo. 10. Una vez que el lodo esté preparado con la densidad de control y se comience a bombear a un gasto reducido, la presión que se registre en la tubería de perforación solo al momento de igualarla en el espacio anular con la presión de cierre en la tubería de revestimiento (PCTR), será similar a la inicial de circulación (PIC). 11. Al bombear lodo con la densidad de control a través de la sarta de perforación, se observará disminución paulatina en la presión de la tubería de perforación, hasta un valor llamado presión final de circulación (PFC), que será cuando la densidad de control llegue a la barrena. Entonces se observará que el abatimiento depresión en la tubería de perforación será similar al calculado en la cédula de bombeo. 12. Una vez que el lodo ha llegado a la barrena, la PFC deberá mantenerse constantemente durante el viaje del lodo, con densidad de control a la superficie (ajustando el estrangulador).

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13. Cuando salga el lodo con densidad de control a la superficie, la presión en el espacio anular deberá ser cero. Para observar si no hay flujo, deberá suspender el bombeo; si no lo hay, el pozo estará bajo control. 14. Cuando se haga presente el efecto de la expansión del gas cerca de la superficie, la declinación en la presión de la tubería de revestimiento cesará y empezará a incrementarse hasta alcanzar su máxima presión, la cual ocurrirá cuando la burbuja de gas llegue a la superficie. Durante la salida de la burbuja, se observará la disminución en la presión de la tubería de revestimiento, originada por la súbita expansión de la misma. 15. Se recomienda cerrar ligeramente el estrangulador, ya que de esta forma no se permite la disminución excesiva de presión en el espacio anular puesto que se tendría un volumen equivalente a la capacidad de la tubería de perforación con densidad original. 16. A medida que circula el lodo con densidad de control, la presión en la tubería de revestimiento continuará disminuyendo con menor rapidez hasta llegar casi a cero (cuando el lodo con densidad de control salga a la superficie), donde el estrangulador deberá estar totalmente abierto y esta presión solo será igual a las perdidas por fricción en las líneas y el múltiple estrangulación. 17. Si al haber circulado completamente el lodo de control y suspendido el bombeo ,las presiones en las tuberías de perforación y de revestimiento no son iguales acero, se deberá a alguna de las razones siguientes: a. La densidad de control no es la suficiente para controlar el pozo. b. Se tendrá un brote adicional en el espacio anular, causado por permitir que la presión disminuyera al estar circulando el brote. 18. Para comprobar que esta presión no es producida por los fluidos entrampado cerca de la superficie, se deberá purgar el pozo con una pequeña cantidad de flujo que no exceda de medio barril; si con este sangrando no se observa una disminución de presión, se deberá aumentar la densidad del lodo, para lo cual se debe tomar en cuenta las nuevas presiones de cierre registradas en las tuberías de perforación y de revestimiento, circulando el brote en la forma ya indicada.

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Ilustración 4 Método de densificar y esperar o método del ingeniero analizado a partir del modelo del tubo en U.

MÉTODO CONCURRENTE El método concurrente, es un método primario para controlar pozos con presión de fondo constante, consiste en densificar gradualmente el fluido mientras se está circulando para sacar el brote del pozo, también se le ha llamado el método de circular y densificar o el método de incrementar el peso lentamente. Para ejecutar el método concurrente se requiere hacer algo de contabilidad y cálculos, mientras se está en el proceso de circular y sacar el brote del pozo, porque podría haber fluido de control con densidades diferentes e intervalos irregulares dentro de la sarta.

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Dado que hay que hacer algunos de los cálculos muy rápidamente el personal operativo ha optado por el método del perforador o el método de densificar y esperar, rechazando el método concurrente por ser demasiado complicado. Cuando se utiliza este método para controlar un brote, se inicia la circulación con la presión inicial de circulación y se empieza adicionar barita al sistema de lodos hasta alcanzar el peso de control, lo anterior significa aumentar la densidad al fluido mientras se circula. El método aplica un incremento gradual en el peso del fluido de control hasta que el brote es desalojado a la superficie, por lo cual requerirá varias circulaciones hasta completar el control del pozo. Secuencia. 1. Registre las presiones de cierre en la tubería de perforación (PCTP) y en la tubería de revestimiento (PCTR). 2. Inicie el bombeo a un gasto reducido de circulación hasta obtener la presión de cierre de la tubería de revestimiento, que deberá ser igual a la presión inicial de circulación calculada (PIC). 3. Mantenga esta presión constante, hasta totalizar las emboladas necesarias para que el fluido con la nueva densidad registrada llegue hasta la barrena. 4. El operador del estrangulador debe controlar y registrar las emboladas de la bomba y graficar en una tabla la presión hidrostática que ejercerá la nueva densidad a medida que se va densificando. 5. Al llegar hasta la barrena el lodo con densidad calculada, se obtiene la presión final de circulación (PFC) a la cual se le deberán hacer los ajustes de presión correspondiente a la nueva densidad, y se deberá mantener constante la presión hasta que el lodo densificado salga a la superficie.

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Ilustración 5

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CONCLUSIÓN En el trabajo anterior se explicó la definición de lo que es control de pozos, al igual que los métodos que existen para llevar a cabo el control de pozos de acuerdo a la situación que se nos presente. Todas estas medidas nos son útiles a nosotros como ingenieros petroleros puesto que son cosas que debemos conocer en nuestra etapa laboral cuando ejerzamos la carrera o nos toque trabajar directamente con algún pozo y podamos tomar las medidas necesarias en caso de tener algún tipo de inconveniente con el mismo.

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BIBLIOGRAFÍA 

Petróleos Mexicanos PEP-UPMP. Programa de Acreditación en Control de Pozos, Wellcap.

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https://www.academia.edu/9125121/M%C3%89TODOS_DE_CONTR OL_DE_UN_BROTE



http://myslide.es/documents/control-de-un-brote-en-un-pozo-deperforacion.html



http://tesis.ipn.mx/dspace/bitstream/123456789/15498/1/Control%20d e%20brotes.pdf



http://es.slideshare.net/RodrigoDiazdelavegas/sicb-simulador-integral

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Unidad 1 Control de Pozos

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