02 PRESIONES BASICAS

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8 Conceptos Básicos de Presión

Presión Presión por denición es la fuerza por unidad de área que ejerce un uido (psi). En la industria petrolera se manejan diferentes tipos de presión, así como: Presión de formación (PFm), Presión hidrostática (PH), Presión de fricción (PDFr) y Presión de fractura (PDF).

El entendimiento de las presiones y sus interrelaciones es un factor importante para resolver problemas control de pozos. Todas las personas involucradas en la perforación de pozos petroleros, desde el operador hasta los ayudantes de perforación, deben estar informados sobre las presiones. Cuando se exceden ciertos límites de presión, las consecuencias pueden ser desastrosas: reventones, muertes, etc.

¿Que es la presión?

Presión (Fuerza)

Presión (Fuerza)

Fluido

Presión de fluido Presión

Fluido es toda sustancia que tiene la capacidad de fluir. Los líquidos, como el agua y el petróleo, así como el gas se asocian inmediatamente con la condición de “fluido”.

•

Presión

Para nuestros propósitos, los fluidos que consideraremos serán los relacionados normalmente con la industria petrolera, a menos que se indique otra cosa. Estos fluidos son el petróleo, el gas, y líquidos tales como agua, fluidos de terminación, agua salada, lodos, fluidos de empaque, etc. Los fluidos ejercen presión. Esta presión es el resultado de la densidad, o peso del fluido y la altura vertical de la columna del fluido. La densidad de un fluido, en la industria petrolera se mide en libras por galón (lpg; pounds per gallon; ppg), (gramo por litro, g/l). Un ,

.

1'

1' 1'

• Derivación 0,052

Si un fluido que pesa una libra por galón, el peso de una pulgada cuadrada  y un pie de largo es 0.052 libras

fluido pesado ejercerá mayor presión debido a su alta densidad. La fuerza se mide en libras por pulgada cuadrada (lbs/plg2) (pounds per square inch, psi) (bar). Para calcular cuánta presión ejerce un fluido de una determinada densidad, se utiliza el gradiente de presión. Este, en general, se expresa como la fuerza que ejerce el fluido por pie de altura, y se mide en psi/pie (libras por pulgada cuadrada por pie) (bar/10

Conceptos Básicos de Presión 9

m). Para expresar el gradiente de presión en psi/pie, se debe convertir la densidad del fluido de libras por galón (lpg; ppg) a psi/pie (para bar/10m, g/l a bar/10m).

das, por lo que también, habrá 144 pulgadas por un 1 pie de longitud, en 1 pie cúbico. El peso de 1 pulgada cuadrada de 1 pie de longitud se puede calcular dividiendo el peso total del cubo (7,48 lbs) entre 144.

Factor de conversión 0,052 (0,0000981) 0,052 (0,0000981) es un factor de conversión que convierte la densidad de un fluido en un gradiente de presión. El gradiente de presión es el aumento de presión por unidad de profundidad (psi/pie; psi/ft). La densidad del fluido de perforación (lodo) se mide en libras por galón (lpg; ppg) y la profundidad en pies (pie; ft)

7,48 ÷ 144 = 0,051944 (0,052) De esta manera se obtiene el Factor de conversión 0,052.

Gradiente de presión

La cifra 0,052 se obtiene usando un cubo 1 pie por lado ( 1pie cuadrado en la base, por 1 pie de alto). Para llenar el cubo serán necesarios 7,48 galones. Si la densidad del fluido es de 1 lpg (ppg), el peso total del cubo será de 7,48 libras, o mas exacto 7,48 libras por pie cúbico (lbs/ft3). En 1 pie cuadrado hay 144 pulgadas cuadra-

Si el fluido pesa más de 1 ppg (120 g/l), lo único que hay que hacer para determinar el gradiente de presión es multiplicar la densidad del fluido (lodo) por 0,052 psi/pie (0,0000981). Por lo tanto, si la densidad del fluido es de 10,3 ppg., pesará 10,3 veces más que el factor de conversión para un fluido de 1 ppg. El fluido de 10,3 ppg nos dará un gradiente de presión 10,3 veces mayor que 0,052, por lo tanto, 10,3 veces 0,052 es igual a 0,535 psi/pie.

GRADIENTE DE PRESION , psi/pie GRADIENTE DE PRESION, psi/pie   GRADIENTE DE PRESION, psi/pie

= = =

DENSIDAD DE LODO, lpg x FACTOR DE CONVERSION 10,3 lpg X 0,052 0,535 psi/pie

Gradiente de Presión bar/m

= = =

Densidad del lodo g/l X Factor de conversión 1234,2 g/l X 0,0000981 0,1211 bar/m

Ejemplo Calcular el gradiente de presión de un fluido con una densidad (MW; DDL) de 11,3 ppg (1356 g/l)

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10 Conceptos Básicos de Presión

GRADIENTE DE PRESION, psi/pie GRADIENTE DE PRESION , psi/pie GRADIENTE DE PRESION , psi/pie

= = =

DENSIDAD DE LODO, lpg X FACTOR DE CONVERSION 11,3 X 0,052 0.588 PSI/PIE

GRADIENTE DE PRESION , bar/m GRADIENTE DE PRESION , bar/m   GRADIENTE DE PRESION , bar/m

= = =

DENSIDAD DE LODO, g/l X Factor de Conversión 1356 X 0,0000981 0,1330 bar/m

• Problema 1 Calcular el gradiente de presión de un lodo con densidad de 9,5 ppg (1140 g/l)

GRADIENTE DE PRESION, psi/pie GRADIENTE DE PRESION, bar/m

= =

DENSIDAD DE LODO, lpg X Factor de Conversión DENSIDAD DE LODO, g/l X Factor de Conversión

• Problema 2 Calcular el gradiente de presión del agua dulce.

Profundidades PVV (TVD) y PM (MD) Conociendo la presión que se ejerce por pie, se pueden hacer los cálculos para obtener la presión hidrostática (PH) a una determinada profundidad. Esto se consigue multiplicando el gradiente de presión (psi/pie) por el número de pies, correspondientes a la profundidad vertical. Para los fi nes de control de pozos es muy importante diferenciar la profundidad vertical (PVV; TVD) de la profundidad medida (PM; MD)

Todos los pozos tienen una profundidad vertical (PVV; TVD) y una profundidad medida (PM; MD) En la figura siguiente, puede observarse que la profundidad en línea recta hacia abajo (en la forma que atrae la gravedad) es la profundidad vertical 10.000, la línea negra representa la profundidad medida 10.100. Para calcular la presión en el fondo del pozo se uti lizará la profundidad de 10.000 pies (3048 m), debido a que la gravedad actúa directamente hacia abajo a lo largo del pozo. La profundidad vertical (PVV; TVD) se usará para los cálculos de: Presión, gradien-

Conceptos Básicos de Presión 11

tes y densidades. Mientras que la profundidad medida (PM; MD) se usará para los cálculos de: Volumen, capacidad y desplazamiento.

Presión Hidrostática La presión hidrostática (PH) es la presión total del fluido en un punto dado del pozo. “Hidro” significa fluido que ejerce presión como el agua, y “estática” significa que no está en movimiento. Por lo tanto, la presión hidrostática es la presión ejercida por una c olumna de fluido estacionaria (que no esta en movimiento). Recordemos que gradiente de presión se puede obtener multiplicando el factor de conversión (0,052) por la densidad del fluido (lodo) en libras por galón (lpg ). Para calcular la presión hidrostática (PH) del fluido en un punto dado:

• Profundidad PVV y PM

Presión Hidrostática psi

=

gradiente de presión psi/pie X Profundidad PIES, PVV (TVD )

Presión Hidrostática bar

=

Gradiente de presión bar/10m X Profundidad m PVV (TVD) / 10

Presión Hidrostática psi

=

PVV (TVD) ft X Factor de conversión X Densidad del lodo ppg

Presión Hidrostática bar

=

PVV m X Densidad del Fluido g/l X Factor de Conversión ,0000981

Ejemplo ¿Cuál será la presión hidrostática (PH) en un pozo, con densidad de lodo de 9,2 lpg (1104 g/l), la Profundidad Medida (PM, MD) de 6750 pies (2057 m), y la Profundidad Vertical verdadera (PVV, TVD) de 6130 pies (1868 m) ? Las fórmulas para calcular la presión hidrostática, con sus respectivos factores de conversión, son

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12 Conceptos Básicos de Presión

PRESION HIDROSTATICA, PSI   PRESION HIDROSTATICA, PSI PRESION HIDROSTATICA, PSI

= = =

Presión Hidrostática bar Presión Hidrostática bar Presión Hidrostática bar

= = =

Profundidad pies, PVV (TVD) X Factor de conversión X Densidad de lodo LPG

6130 X 0,052 X 9,2 2932 psi

Profundidad m PVV (TVD) X Densidad de lodo g/l X Factor de Conversión

1868 X 1104 X 0,0000981 201,9 bar

Estas ecuaciones sencillas constituyen la base para la comprensión de los principios fundamentales de la presión en un pozo. Para evitar que un pozo fluya, la presión en el mismo debe ser por lo menos igual a la presión de la formación.

Presiones Manométricas y Atmosférica Un manómetro ubicado en el fondo de una columna de fluido, registra la presión hidrostática de esa columna e incluye, además, la lectura de la presión atmosférica que se ejerce sobre esa columna. Esa presión, normalmente considerada de 14,7 psi (1 bar) (15 psi [1,03 bar]), varía de acuerdo a las condiciones climáticas y la elevación. Si el manómetro tiene una escala en psig, incluye la columna atmosférica sobre la misma.

Pero si el manómetro registra en psig (bar, abs), entonces esta calibrada para descontar la presión atmosférica sobre la columna

Tubo en “U” Por lo general en el pozo, se tiene fluido tanto dentro de la tubería de perforación (TP; DP), como en el espacio anular. La presión atmosférica puede omitirse, ya que es la misma para ambas columnas. En realidad, existe una analogía de tubo en “U”, tal como se muestra en la Figura Analogia Tubo en U , con el espacio anular en un lateral derecho y la columna de la tubería (TP; DP), en el otro. En caso que hubiera 10 ppg (1198 g/l) de fluido en la columna de la tubería (TP; DP) y 10,2 ppg (1222 g/l) de fluido en el anular, la presión diferencial se puede calcular a través de una resta.

Presión Hidrostática en Tubería   Presión Hidrostática en Tubería Presión Hidrostática en anular Presión Hidrostática en anular

= = = =

10.000 PVV;pies X 0,052 X 10lpg 5200 psi 10.000 PVV; pies X 0,052 X 10.2 lpg 5304 psi

Presión Hidrostática en Tubería Presión Hidrostática en Tubería Presión Hidrostática en Anular   Presión Hidrostática en Anular

= = = =

1198 X 3048 X 0,000981 358,4 bar 1222 X 3048 X 0,000981 365,4 bar

Conceptos Básicos de Presión 13

• Problema 1 Calcular la presión hidrostática (PH) de un pozo

con densidad de lodo es de 9,7 lpg (1162 g/l), la PM (MD) es de 5570 pies (1698 m) y la PVV (TVD) es de 5420 pies (1652 m).

Presión Hidrostática psi

=

Profundidad PIES, PVV (TVD) X Factor de conversión X Densidad de lodo LPG ppg

Presión Hidrostática bar

=

Profundidad m PVV (TVD) X Densidad de lodo g/l X Factor de Conversión

• Problema 2 Calcular la presión hidrostática (PH) de un pozo a los 4300 pies (1310 m). La

densidad del lodo es de 16,7 lpg (2001 g/l), la PM (MD) es de 14.980 pie s (4566 m) y la PVV (TVD) es de 13.700 pies (4176 m).

Presión Hidrostática psi

=

Profundidad pies, PVV (TVD) X Factor de Conversión X Densidad de lodo LPG

Presión Hidrostática psi

=

Profundidad pies, PVV (TVD) X Factor de Conversión X Densidad de lodo LPG

La presión diferencial tratará de desplazar el fluido desde el anular hacia la columna de la tubería = 5304 psi - 5200 psi = 104 psi [365 bar - 358 bar = 7 bar]. El fluido del pozo intentará circular hacia la tubería, origi nando que el fluido salga a la superficie, mientras que el n ivel del fluido en el anular decrece. De este modo, las dos presiones quedarán equilibradas. La “caída” del nivel de fluido en el anular se calcula a través de la fórmula de presión hidrostática, utilizando 104 psi (7 bar). Por lo tanto, Pies = 104 psi / 0,052  /10,2 ppg lo que equivale a una caída de 196 pies [m= 7 bar / 0,0000981/ 1222 = 59,8 m]. Cuando hay diferencias en las presiones hidrostáticas, el fluido va a intentar alcanzar un punto de “equilibrio”. Este fenómeno se denomina efecto de tubo en “U” y ayuda a

• Analogía de Tubo en “U”

entender por qué suele haber flujo desde la tubería al realizar las conexiones.

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14 Conceptos Básicos de Presión

Presión de formación Porosidad y  permeabilidad La porosidad y la permeabilidad de las rocas, junto a las presiones de formación, son muy importantes para el entendimiento de control de pozos. La porosidad es una medida de los intersticios en una roca, en las que el petróleo, el gas o el agua pueden alojarse. Aunque a primera vista las rocas tienen una apariencia masiva, con ayuda de un microscopio se puede observar la existencia de pequeños espacios llamados poros. Por lo tanto, se dice que una roca con poros tiene porosidad. Otra característica de los reservorios es que deben ser permeables, es decir, que los poros de la roca deben estar interconectados, de manera tal que los hidrocarburos o líquidos puedan fluir de un poro a otro. Si los líquidos o hidrocarburos no puedan fluir o circular de un poro a otro, quedarán atrapados en su lugar y no podrán circular hacia el pozo.

La presión de formación es la ejercida por el contenido de líquido o gas en los espacios porales de la formación. Esa presión puede ser afectada por el peso de la sobrecarga (Fuerza lito-estática) por encima de la formación, que ejerce presión tanto sobre los fluidos porales como sobre los granos (matriz). Los granos son el elemento sólido o “material rocoso” y los poros son los espacios entre los granos. Si los fluidos porales tienen libertad de movimiento y pueden librarse, los granos pierden parte de su soporte, y se conjuncionan entre ellos. Este proceso se denomina compactación. Las clasificaciones de la presión de formación se relacionan con la presión de los poros de la roca de la formación y la densidad del fluido nativo contenido en los espacios porales. El gradiente de sobrecarga es el cambio de presión por pie de profundidad causado por la combinación de peso de la roca (matriz), además del fluido o gas contenido en la misma.

• Presiones de formación

Presión de Fractura La presión de fractura es la cantidad de presión que se necesita para deformar de modo permanente (fallar o agrietar) la estructura rocosa de la formación. Superar la presión de la formación o la perdida de un bajo caudal a la formación, no es suficiente para causar una fractura, si el fluido poral tiene libertad de movimiento. En cambio, si el fluido poral no puede desplazarse o acomodarse, si puede ocurrir una fractura o deformación permanente de la formación. La presión de fractura se puede expresar como un gradiente de presión (psi/ft) [bar/10m], como densidad equivalente de presión (ppg) [g/l] o por la presión de superficie calculada (psi) [bar].

• Porosidad y permeabilidad de las rocas

Los gradientes de fractura, por lo general, aumentan con la profundidad, principalmente debido al aumento de la presión por sobrecarga. Las formaciones profundas y altamente compactadas pueden requerir

Conceptos Básicos de Presión 15

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presiones de fractura muy elevadas para superar la presión existente de formación  y la resistencia estructural de la roca. Formaciones poco compactadas, tales como las que se encuentran justo debajo de aguas profundas, pueden fracturar a gradientes bajos. La presión de fractura, a una profundidad determinada, pueden variar en forma considerable como resultado de la geología del área.

Pruebas de Integridad de Formación La resistencia e integridad de una formación se puede determinar a través de una Prueba de Admisión (Pérdida, fuga) (LOT) o de una Prueba de Presión de Integridad (PIT). Cualquiera sea la denominación, se trata de un método que se uti liza para estimar la presión y/o la densidad equivalente del fluido que puede soportar la zona por debajo del revestidor (casing). Para llevar a cabo cualquiera de estas pruebas, se deben tener en cuenta ciertas consideraciones. El fluido a circular en el pozo debe estar limpio para asegurar que posee una densidad adecuada conocida y homogénea. La bomba a utilizar debe ser de alta presión y de bajo volumen, comúnmente conocida como bomba de pruebas o de cementación. Las bombas del equipo se pueden utilizar siempre que el equipo tenga accionamiento eléctrico de las bombas de lodo  y é stas p uedan func iona r a r egímenes de bombeo muy bajas. En caso que fuera necesario util izar una bomba de equipo y no se la pudiera accionar a poca velocidad, entonces se debe modificar la técnica de admisión. Una buena manera consistiría en elaborar un gráfico de presión versus tiempo o volumen para todas las pruebas de admisión, tal como se muestra en las

• LOT  figuras que aparecen a continuación:

Prueba de Admisión (Leak Off Test, Pérdida) Existen diferentes maneras de realizar una prueba de admisión (LOT).

Técnica de Admisión 1 Se aplica presión al pozo en incrementos de 100 psi (6,9 bar) o se bombea fluido hacia el pozo en volúmenes aproximados a medio barril (0,08 m3). Después de cada incremento de presión, la bomba se detiene y la presión se mantiene por lo menos durante 5 minutos. Si se logra mantener esa presión, se hace la prueba del siguiente incremento. Si la presión no se mantiene, se presuriza nuevamente el pozo. La prueba se considera completada cuando no

se logra mantener la presión después de varios intentos o resulta imposible aumentarla.

Técnica de Admisión 2 Se abre el estrangulador del múltiple (manifold) y se comienza a operar la bomba regulando en vacío sin presión. El estrangulador se cierra para aumentar la presión en incrementos de 100 psi (6,9 bar). En cada intervalo de presión, se controla el volumen del fluido en los tanques hasta estar seguro de que la formación no admite fluido. La prueba se considera completa cuando se alcanza una presión en la que la formación comienza a admitir fluido en forma continua. En cada incremento de presión, se pierde algo de fluido. Si se aplica esta técnica, se debe utilizar un tanque pequeño como para no forzar grandes cantidades de fluido dentro de la formación.

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16 Conceptos Básicos de Presión

La pérdida de presión por fricción, que se tiene al aplicar esta técnica, agrega una cantidad de presión “invisible” sobre la formación, lo que dará resultados ligeramente diferentes (presiones más bajas de fractura) en relación a los que se obtengan de la aplicación de la técnica 1.

caso existe el riesgo de fracturar la formación. Ambas pruebas tienen sus aplicaciones.

Prueba de presión de integridad

Se trata de la fuerza total aplicada contra la formación que ocasiona la admisión o el daño.

Una prueba de presión de integridad (PIT) se realiza cuando es inaceptable generar una fractura o un daño a la formación. Al realizar esta prueba, el pozo se presuriza hasta un nivel de presión predeterminado o hasta una determinada densidad de lodo. Si esa presión se mantiene, la prueba se considera conclusiva. Ambas pruebas (PIT, LOT) tienen puntos a favor  y en contra. En el caso de PIT, la formación no es fracturada, pero no se determina la presión máxima antes de que la formación comience a aceptar fluido. En el caso de (LOT), se determina la presión que se requiere para que la formación comience a aceptar fluido, pero en este

Densidad de Integridad Estimada y Presión de Integridad

Por lo general, se trata de la combinación de la presión hidrostática de un fluido (lodo) y de una fuerza adicional, tal como la presión de bombeo en una prueba de admisión. La fuerza aplicada aumenta la presión total contra la formación. De acuerdo con la información obtenida de la prueba, se realizan cálculos para obtener una estimación de la densidad de fluido de integridad. Esta es la fuerza total representada como densidad del fluido, por sobre la cual puede ocurrir la admisión o el daño a la formación. Para obtener la densidad estimada de integridad, se deben realizar los siguientes cálculos:

Densidad de integridad estimada. ppg

=

(Pres. de prueba psi ÷ 0,052 ÷Prof. de prueba PIES, PVV) + Dens. de lodo de prueba ppg

Densidad de integridad estimada.g/l

=

(Pres. de prueba bar÷0,0000981÷Prof. de prueba m, PVV) + Dens. del lodo de prueba g/l

La presión aplicada o presión de prueba en superficie, en control de pozos se conoce, también, como Máxima presión admisible en superficie (MASP). Rara vez se utiliza la densidad de fluido de “prueba” en todo el pozo. Es posible que se requieran aumentos o reducciones de la den-

sidad. Si hay una variación en la densidad, se puede hacer una estimación de la presión de superficie que podría ocasionar daños a la formación, siempre que la densidad de la columna de fluido en la formación en cuestión sea homogénea. Para calcular la presión de integridad estimada (MASP) de superficie con una densidad de fluido diferente:

Conceptos Básicos de Presión 17

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Presión de Integridad Estimada, psi

=

(Densidad de Integridad Estimada, ppg - Densidad Actual de Lodo,ppg) X 0,052 X Profundidad de Prueba , pies PVV

Pres. de Int Est.psi

=

(Dens. de Fluido de int. est.g/l - Dens Actual del lodog/l) X Prof. del prueba m, PVV X 0,0000981

Ejemplo Resolver las siguientes ecuaciones para calcular la Densidad de Integridad Estimada y la Presión de Integridad Estimada, que podría causar daños con una densidad de fluido diferente, utilizando la siguiente información:

Profundidad total (PT; TD)   Zapato del revestidor (Casing) Presión de prueba (admisión) Densidad de prueba (adm.) Densidad actual del lodo

= = = = =

11.226 pies 5.821 pies PVV 1.250 psi 9,6 pp 10,1 ppg

= = = = =

3421m 1774 m PVV 86 bar 1150 g/l 1210 g/l

Primero, calcular la densidad de integridad estimada, por encima de la cual se puede dañar la formación.

Densidad de Integridad Estimada, ppg

=

Densidad de Integridad Estimada, ppg Densidad de Integridad Estimada, ppg Densidad de Integridad Estimada, ppg

= = =

Densidad de Integridad Estimada, g/l

=

Densidad de Integridad Estimada, g/l Densidad de Integridad Estimada, g/l Densidad de Integridad Estimada, g/l

= = =

(Pres. de pruebapsi ÷ 0,052 ÷Prof. de prueba pies, PVV ) + Dens. de lodo de prueba ppg (1250 ÷ 0,052 ÷ 5821) + 9,6 4,1 + 9,6 13,7 ppg

(Pres. de prueba bar÷0,0000981÷Prof. de prueba m, PVV ) + Dens. de lodo de pruebag/l (86÷0,0000981÷1774) + 1150 494 + 1150 1644 g/l

En este ejemplo, la densidad actual del lodo es mayor que la densidad del lodo de prueba, por lo que se deben realizar los cálculos de la presión de integridad estimada con el peso de lodo actual.

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18 Conceptos Básicos de Presión

Presión de Integridad Estimada, psi

=

Presión de Integridad Estimada, psi Presión de Integridad Estimada, psi

= =

Presión de Integridad Estimada, bar

=

Presión de Integridad Estimada, bar = Presión de Integridad Estimada, bar =

(Dens. de Int. Est. ppg - Dens Act. de lodo ppg ) X 0.052 X Prof . de prueba ft, PVV (13,7 - 10,1) X 0,052 X 5821 1089 psi

(Dens. de Int. Est. g/l - Dens Actual de lodog/l ) X PROF. DE PRUEBA, m, PVV X 0,0000981 (1644 g/l - 1210g/l) X 1774 X 0,0000981 75 bar

• Problema ¿Cuál será la densidad de integridad estimada y la presión de integridad estimada que puede causar daños a la formación en un pozo con las siguientes características?

Profundidad total (PT;TD) = PVV (TVD) ZAPATO. Revestidor (Csg) = Presión de prueba (adm.) = Densidad de lodo prueba (adm.) = DENSIDAD DE LODO ACTUAL =

12.000 PIES PM; 10.980 PIES PVV 8672 PIES (PVV) 1,575 psi 11,1 LPG 11,6 LPG

= = = = =

3658 m PM, 3346 m PVV 2643 m 108,6 bar 1330 g/l 1390 g/l

Calcular la densidad de integridad estimada:

Densidad de integridad estimada LPG

=

(Pres.de Prueba. psi÷0,052÷Profundidad de Prueba, pies)+ Densidad de Lodo de Prueba, ppg + Dens. de lodo de prueba LPG

Densidad de integridad estimada g/l =

(Pres.de Prueba,bar÷0,0000981÷Prof. de Prueba, m PVV) + Dens. de lodo de prueba g/l

Luego calcule la presión de integridad estimada actual (MASP):

Presión de Integridad Estimada, psi

=

(Dens. de Int. Est. lpg - Dens Actual de lodo lpg ) X 0,052 X Prof.de Prueba, pies PVV

Conceptos Básicos de Presión 19

Pres. Int. Est.bar

=

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(Dens. de Int. Est.g/l - Dens Actual de lodog/l ) X Prof. de prueba m, PVV X 0,0000981

Densidad de Lodo Equivalente La zona que está por debajo del zapato del revestidor (casing) no siempre es el punto más débil. A menudo, y por esa razón, se debe hacer un ensayo en otra zona con una densidad de lodo equivalente predeterminada. Si se va hacer una prueba de la for-

mación, o si se le va a aplicar una presión predeterminada o una densidad de lodo equivalente (DLEq, o EMW), se debe utilizar la siguiente fórmula para determinar la presión a aplicar. Para determinar el valor de la presión de prueba que se requiere para probar la formación con una densidad de lodo equivalente predeterminada (EMW):

Presión de Prueba psi

=

(Densidad de Lodo Equivalente, ppg - Densidad del lodo Actual LPG ) X 0,052 X Profundidad de Prueba, pies

Presión de Prueba bar

=

(Densidad de Lodo Equivalente, g/l - Densidad de lodo Actual g/l ) X Profundidad de Prueba, m X 0,0000981

Ejemplo ¿Que presión de prueba se deberá usar para probar una formación con una densidad de lodo equivalente de 13,4 ppg (1606 g/l)

Profundidad Medida (PM, MD) Profundidad Vertical Verdadera (PVV, TVD) DENSIDAD DE LODO ACTUAL

= = =

5890 pies (1795 m) 5745 pies (1751 m) 9,1 ppg (1092 g/l)

PRESION DE PRUEBA , psi

=

PRESION DE PRUEBA, psi PRESION DE PRUEBA, psi PRESION DE PRUEBA, psi

= = =

(Densidad de Lodo Equivalente, lpg - Densidad de Lodo Actual, lpg) x 0,052 x Profundidad de Prueba, pies (13,4 - 9,1) X 0,052 X 5745 4,3 X 0,052 X 5745 1285 psi

PRESION DE PRUEBA , bar

=

PRESION DE PRUEBA, bar PRESION DE PRUEBA, bar

= =

(Densidad de Lodo Equivalente, g/l - Densidad de Lodo Actual g/l) x Profundidad de Prueba , m x 0,0000981 (1606 - 1092) X 1751 X 0,0000981 98,6 bar

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20 Conceptos Básicos de Presión

• Problema ¿Cuánta Presión se deberá usar para probar una formación con una densidad de lodo equivalente de 14,3 lpg (1716 g/l)?

PROFUNDIDAD MEDIDA (PM, MD) PROFUNDIDAD VERTICAL VERDADERA (PVV, TVD) DENSIDAD DE LODO ACTUAL

= = =

7590 pies (2313 m) 7450 pies (2270 m) 8,9 lpg (1068 g/l)

Presión de prueba psi = (DENSIDAD DE LODO EQUIVALENTE, lpg - DENSIDAD DE LODO ACTUAL , lpg) x 0,052 x PROFUNDIDAD DE PRUEBA , pies

La densidad de lodo equivalente es también etc.) a una profundidad o en una zona dada, la suma de todas las presiones (hidrostáti-  y se expresa como una densidad de lodo. Si ca, de estrangulador o contrapresión, pre- se conocen estas presiones, o si se las puesión aplicada, presión de compresión (sur- de estimar, la Densidad de Lodo Equivalente gencia), pérdidas de presión de circulación, puede calcularse de la siguiente manera:

DENSIDAD DE LODO EQUIVALENTE, lpg =(Presión psi ÷0,052 ÷ Profundidad de Interés pies, TVD ) + Densidad de Fluido Actual lpg

DENSIDAD DE LODO EQUIVALENTE , g/l = (Presión bar ÷Profundidad de Interés m, PVV ÷0,0000981) + Densidad de Fluido Actual g/l

Ejemplo ¿Cuál es la Densidad de Lodo Equivalente en una zona dada cuando se cierra un pozo con los siguientes datos?

  PROFUNDIDAD MEDIDA DE LA ZONA (PM, MD) PROFUNDIDAD VERTICAL DE LA ZONA (PVV, TVD) DENSIDAD DE LODO ACTUAL PRESION DE CIERRE EN REVESTIMIENTO (SICP) DENSIDAD DE LODO EQUIVALENTE , lpg DENSIDAD DE LODO EQUIVALENTE , lpg

= = = =

120 pies, 3005 pies, 8,8 lpg; 375 psi,

= = = =

950 m ; 915 m 1054 g/l 25,8 bar

= =

(375 ÷ 0.052÷3005) + 8,8 11,2 lpg

  DENSIDAD DE LODO EQUIVALENTE, g/l

=

  DENSIDAD DE LODO EQUIVALENTE, g/l DENSIDAD DE LODO EQUIVALENTE, g/l

= =

(Presión bar÷Profundidad de Interés m, TVD ÷0,0000981) + Densidad de Fluido Actual g/l (25,8 ÷915 ÷0,0000981) + 1054 1342 g/l

Conceptos Básicos de Presión 21

   1  .   p   a    C

• Problema ¿Cuál es la Densidad de Lodo Equivalente en la zona dada si las presiones de estrangulador y de fricción estimadas son de 730 psi (50,33 bar) en total?

PROFUNDIDAD MEDIDA DE LA ZONA (PM, MD) PROFUNDIDAD VERTICAL DE LA ZONA (PVV, TVD) DENSIDAD DEL FLUIDO ACTUAL DENSIDAD DE LODO EQUIVALENTE , lpg

= = =

7320 pies, 2231 m; 6985 pies, 2129 m 13,8 lpg, 1654 g/l

=

(Presión psi ÷ 0,052 ÷ Profundidad de Interés pies, TVD ) + Densidad de Fluido Actual lpg

=

(PRESION, bar÷PROFUNDIDAD DE INTERES, m TVD÷0,0000981 ) + DENSIDAD DE FLUIDO

: :

DENSIDAD DE LODO EQUIVALENTE , g/l ACTUAL g/l)Actual g/l . :

.

Pérdidas de presión y presión de circulación

Tubo Vertical 2950

Fricción es, sencillamente, la resistencia al movimiento. Para superar la fricción y mover cualquier objeto es necesario aplicar fuerza o presión. Se debe superar la fricción para poder levantar tubería, para mover fluido, y hasta para caminar. La cantidad de fricción presente, y la cantidad de fricción que se debe superar dependen de muchos factores, tales como: densidad o peso, tipo  y rugosidad de las dos superficies en contacto, área de superficie, propiedades térmicas  y eléctricas de las superficies, y la dirección  y velocidad de los objetos. La cantidad de fuerza que se utiliza para superar la fricción se denomina pérdida por fricción, y se la puede medir de muchas formas. Algunas de ellas son: resistencia a la rotación (torque) y el arrastre (drag) (amperios, pies-libras (kg x m), HP (CV), etc.), y la fuerza necesaria para mover fluido (psi [bar]). Se pueden perder miles de psi (centenares de bar) de presión (Figura 8) en el sistema de circulación de los pozos

Tubería de

3000

Bomba

0 Flowline

Tanque Casing

Presión de Circulación

Trépano 900

• Pérdidas de Presión por Fricción mientras se bombea fluido por las líneas de superficie, hacia abajo por la columna, y hacia arriba por el espacio anular. La presión de bombeo es, en realidad, la cantidad de fricción a superar para mover fluido por el pozo a un determinado caudal. La mayor parte de la

   1  .   p   a    C

22 Conceptos Básicos de Presión

pérdida de presión ocurre en la columna de tubería y a través de obstáculos tales como las boquillas (chorros, nozzles) del trépano (broca, mecha, bit). También hay pérdida de presión en otras partes del sistema de circulación, por ejemplo, cuando se utiliza el estrangulador para ejercer contrapresión en el anular durante operaciones de control de pozos. Cuando el fluido vuelve por fin a los tanques, lo hace a presión atmosférica,

o casi cero. Cuando se está circulando el pozo, se aumenta la presión de fondo de acuerdo a la fricción que se está superando en el espacio anular. Cuando las bombas están paradas, se reduce la presión del pozo, porque no se está superando ninguna fuerza de fricción. Dado que la fricción agrega presión al pozo, aumenta en forma esencial la densidad

efectiva. Esto se conoce como Densidad Equivalente de Circulación (DEC, ECD), y el valor total es el equivalente a la presión de fondo de pozo con la bomba en funcionamiento. Si la presión de una formación permeable está casi equilibrada con la DEC, el pozo puede comenzar a fluir cuando se pare la bomba. A continuación, en la tabla 1 hay algunos ejemplos de las DEC con diferentes diámetros de pozo.

Bingham Pérdida de Presión Anular lbs/gal   YP

∆ ρ = ------------------------ lbs/gal 11.7 (DH – DE TP) Punto de fluencia lb/ 100 pies2 • Nomenclatura ∆P = Pérdida de Presión lbs/gal YP = Punto de Fluencia de lodo (Yield Poi nt) DH = Diámetro de Pozo o de CSG, pulgadas

DETP = Diámetro externo de tubería, pulgadas

POZO

BS

PULG.

P ULG.

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

12 1/4

5

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.2

0.2

0.2

0.2

0.3

0.3

0.3

0.3

0.4

9 7/8

5

0.1

0.1

0.1

0.1

0.2

0.2

0.2

0.2

0.3

0.4

0.4

0.4

0.5

0.5

0.5

8 3/4

4 1/2

0.1

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0.3

0.4

0.4

0.4

0.5

0.5

0.6

0.6

7/8

1/2

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.4

0.4

0.4

0.5

0.5

0.6

0.6

0.7

0.7

0.8

6 3/4

4 1/2

0.1

0.2

0.2

0.3

0.4

0.5

0.5

0.6

0.7

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.1

6 1/4

3 1/2

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.4

0.4

0.5

0.5

0.6

0.7

0.7

0.8

0.8

0.9

7/8

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0.4

0.4

0.5

0.5

0.6

0.7

0.7

0.8

0.8

7

6

4

2

• Tabla 1 Fórmula de Bingham para Pérdida de Presión Anular

Conceptos Básicos de Presión 23

Presión de Compresión (SURGE) y de Pistoneo(SWAB) La presión total que actúa en un pozo se ve afectada cada vez que se saca o se baja tubería al pozo (maniobra, viaje, trip). Al sacar la herramienta se crea una “presión de pistoneo” (suabeo), la cual reduce la presión en el pozo. Este efecto ocurre porque el fluido del pozo no puede bajar con la misma velocidad con que las las tuberias están subiendo. Esto crea una “fuerza de succión” y reduce la presión por debajo de la columna. Se suele comparar a este efecto con el del émbolo de una  jeringa, en la acción de “succionar” fluido de la formación al interior del pozo. Cuando se baja la tubería muy rápido, el fluido no tiene tiempo de “despejar el camino” e intenta comprimirse. Las presiones del fondo pueden llegar a alcanzar a veces el punto de pérdida o fractura de la formación. La presión de pistoneo (suabeo) y la de compresión son afectadas por las siguientes variables: 1. Velocidad de movimiento de la tubería 2. Espacio anular entre el pozo y tubería 3. Propiedades de lodo 4. Complicaciones que restringen el espacio anular entre el pozo y la tubería. Si bien a menudo es imposible evitar estas presiones, se las puede minimizar simplemente disminuyendo la velocidad de movimiento de la tuberia (sacando o bajando tuberia)

Márgenes de maniobra y seguridad A menos que haya un excedente de densidad de fluido que compense el efecto de

suabeo, puede entrar fluido de formación al pozo y originar un influjo (surgencia, amago, “kick”, aporte). Este excedente de densidad se conoce como “margen de maniobra” (trip margin) o de seguridad. El margen de maniobra (trip margin) es un incremento de la densidad estimada, en la densidad del lodo, previo a la maniobra, para compensar perdidas de circulación( DEC). Este margen de seguridad compensa también, las presiones de suabeo, cuando la tubería es retirada del pozo. La utilización de un margen de maniobra de lodo se debe realizar en forma cuidadosa, ya que si es muy grande puede generar una pérdida de circulación y, si es muy pequeño, no servirá para evitar un i nflujo. El margen depende del diámetro del pozo, de las condiciones, la velocidad de la sacada de tubería y de las propiedades del lodo.

Presión de fondo de pozo Las paredes del pozo están sujetas a presión. La presión hidrostática de la columna de fluido constituye la mayor parte de la presión, pero la que se requiere para hacer subir fluido por el espacio anular también incide en las paredes del pozo. Por lo general, esta presión no es mucha, y rara vez excede los 200 psi (13,8 bar). La contrapresión, o presiones ejercidas desde el estrangulador, aumentan la presión de fondo de pozo. Por lo tanto, la presión de fondo de pozo se puede estimar sumando todas las presiones conocidas que i nciden dentro o sobre el lado anular (del casing). Acorde a la actividad en el pozo, la presión de fondo de pozo se determina de la siguiente manera:

Pozo estático Si no hay fluido en movimiento, el pozo está estático. La presión de fondo de pozo

   1  .   p   a    C

es igual a la presión hidrostática en el lado anular.

PRESION DE FONDO = PRESION HIDROSTATICA

Circulación Normal  Durante la circulación, la presión de fondo de pozo es igual a la presión hidrostática en el lado anular, más la pérdida de presión por fricción en el espacio anular.

PRESION DE FONDO = PRESION HIDROSTATICA + PERDIDAS ANULARES POR FRICCION

Circulación BOP Rotativa Cuando se circula con un cabezal rotatorio (BOP rotativa), la presión de fondo de pozo es igual a la presión hidrostática en el lado anular, más la pérdida de presión por fricción en el espacio anular, más la contrapresión del cabezal rotatorio (BOP rotativa)

PRESION DE FONDO DE POZO = PRESION HIDROSTATICA + PERDIDAS ANULARES POR FRICCION + CONTRAPRESION BOP ROTATIVO

Circulación de una surgencia al exterior del pozo La presión de fondo de pozo es igual a la presión hidrostática en el lado anular, más la pérdida de presión de fricción en el espacio anular, más la contra presión del estrangulador (casing). (Para operaciones submarinas, sumar la pérdida de presión de línea del estrangulador).

   1  .   p   a    C

24 Conceptos Básicos de Presión

PRESION DE FONDO = PRESION HIDROSTATICA + PERDIDAS ANULARES POR FRICCION + CONTRAPESION DEL ESTRANGULADOR

Presión diferencial  La diferencia entre la presión de formación  y la presión hidrostática de fondo de pozo es la presión diferencial. Esta se clasifica en sobre balanceada, subbalanceada y balanceada

Sobre Balanceada Esto significa que la presión hidrostática que se ejerce en el fondo de pozo, es mayor que la presión de la formación. PRESION HIDROSTATICA > PRESION DE FORMACION

Sub-balanceada (bajo balance) Esto significa que la presión hidrostática que se ejerce en el fondo de pozo es menor que la presión de la formación.

PRESION HIDROSTATICA < PRESION DE FORMACION

Balanceada Esto significa que la presión hidrostática que se ejerce en el fondo de pozo es igual a la presión de la formación. PRESION HIDROSTATICA = PRESION FORMACION

Resumen En el pozo se conocen dos presiones principales de oposición; una es la presión hidrostática (PH) de la columna de lodo, y la otra es la presión de la formación. Si  se permite que una supere a la otra, puede ocurrir un influjo (surgencia, amago,  fluencia) o sucitar pérdida de circulación. La presión hidrostática es una función de la densidad de lodo, por lo tanto debe ser monitoreada constantemente. Realizando cálculos óptimos y manejando de manera adecuada la ecuación de la presión hidrostática, va ser posible hacer pruebas de cementación, estimar la presión de integridad, programar densidades máximas de lodo y controlar incidentes de descontrol.  Influjos y descontroles serán prevenidos por personal habilitado para trabajar rá pida y decididamente bajo condiciones de stress. Es muy importante el entendimiento de los conceptos de presión y la habilidad de realizar cálculos precisos para  solventar y prevenir descontroles.