Tiempo de Atraso e Hidráulica de Bombas.pdf

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MANUAL DE CAPACITACIÓN “TIEMPO DE ATRASO E HIDRÁULICA DE LAS BOMBAS.”

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INDICE Capítulo 1

Definición de tiempo de atraso .

3-

Capítulo 2

Definición de espacio anular, volumen y capacidad anular.

4–5

Capítulo 3

Cálculo de área y volumen anular .

6–8

Capítulo 4

Bombas de lodo y sus partes principales.

9 – 15

Capitulo 5

Definición de “Embolada, Desplazamiento y Gasto”

16

Capitulo 6

Cálculo de desplazamiento y gasto de una bomba.

17 – 21

Capitulo 7

Tipos de tuberías de perforación.

22 – 24

Capítulo 8

Cálculo de volumen interior de tuberías.

25

Capitulo 9

Cálculo de volumen de acero de las tuberías.

26

Capítulo 10

Diseño de una “sarta” (string) de perforación.

27

Capitulo 11

Diagrama de un pozo sin t ubería.

28

Capitulo 12

Diagrama de un pozo con tubería en el interior.

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Capítulo 13

Definición y cálculo del volumen anular de un pozo

30 – 32

Capitulo 14

Método para calcular el tiempo de atraso .

33 – 42

Capitulo 15

Bombas en paralelo con la misma v elocidad.

43 – 44

Capitulo 16

Bombas en paralelo con otras características mecánicas .

45 – 48

Capitulo 17

Ejemplo de un diseño hidráulico y su tiempo de atraso

49 – 51

Capitulo 18

Técnicas especiales para calcular el tiempo de atraso.

52 – 59

Capítulo 19

Anexos (tablas de conversión).

60 – 64

Capitulo 20

Bibliografía.

65

Capitulo 21

Ejemplos de datos de bombas

66 - 75

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1. Definición de tiempo de atraso. Con el objeto de que los análisis de las muestras, tanto de lodo como de cortes correspondan a la profundidad de la cual provienen éstas, se requiere que previamente se conozca el tiempo que tardan los cortes hechos por la barrena en llegar a la superficie, o en su defecto, la cantidad de fluido que se debe bombear para que las muestras sean recuperadas a tiempo en los separadores o (vibradores). El cálculo y aplicación práctica del atraso, es crucial en el registro de todos los datos que son transmitidos a través del lodo. Este fluido lleva toda la información que se requiere. El tiempo que le toma en llegar de la barrena a al superficie, es el cálculo básico que se elabora. De esta manera, El tiempo de atraso se define como el tiempo que tarda el lodo en circular desde el fondo del pozo, hasta la superficie, por el espacio anular . Este tiempo, es el mismo que tarda la muestra en desplazarse en la misma trayectoria.

Factores que afectan al tiempo de atraso. Los factores que afectan al tiempo de atraso son el gasto del lodo, el tamaño del agujero y la profundidad constante del mismo . Cuanto mas lodo se bombea dentro del agujero, la rapidez se convierte en velocidad anular, (la rapidez del viaje del lodo en el espacio anular). Mientras la velocidad anular es mayor, el fluido y las muestras que acarrea, alcanzan más rápido la superficie. El tamaño del hoyo (o mas correcto, el tamaño del ánulo) afecta también el tiempo. Un volumen anular grande da como resultado la disminución de la velocidad anular a un mismo gasto, que un volumen anular pequeño. La profundidad incrementa también la longitud del ánulo, de modo que las correcciones o el tiempo de atraso se tienen que ser hechas con incrementos de profundidad. Para calcular el atraso del lodo, se deben conocer las dimensiones del agujero, así como las dimensiones de la tubería de pe rforación. La mayoría de los hoyos tendrán al menos dos secciones de diferentes diámetros, pero pueden tener más, de acuerdo al diseño de las tuberías de revestimiento. Las sartas de perforación tienen al menos dos diámetros diferentes, pero pueden tener mas, si esto en necesario.

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2. Definición de espacio anular, capacidad anular y volumen anular. 2.1. Espacio anula. Es la distancia concéntrica que se encuentra alrededor de la tubería de perforación y está limitado en su parte interior por el diámet ro exterior de la tubería de perforación y en la parte exterior por el diámetro interior de las tuberías de revestimiento y por el diámetro del agujero formado por la roca perforada. El lodo es bombeado por la parte interior de la tubería de perforación desde la superficie hasta el fondo del pozo, y regresa a la superficie por el espacio anular, acarreando los recortes hechos por la barrena y la información que se incorpora al fluido.

Ánulo

Sección anular formada Entre dos tubos (ánulo)

2.2. Capacidad anular. Es la cantidad de volumen en una unidad de longitud encontrado entre dos tubos, uno de ellos de diámetro mayor y el otro de diámetro menor. Las unidades usadas son litros por m etro.

Tubo de diámetro mayor

1m Capacidad anular en litros/m

Tubo de diámetro menor

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2.3. Volumen anular. Es la cantidad de espacio que e xiste entre el diámetro interior de una tubería de diámetro mayor y la parte exterior de una tubería de diámetro menor que se encuentra dentro del tubo grande multiplicado por la longitud del intervalo. Las unidades de volumen son en litros.

Componentes principales que forman las paredes de un pozo, por donde fluye el lodo en el sentido de las flechas.

Espacio anular

Pared exterior e interior del pozo Interior de la tubería de perforación.

Pared exterior e interior de la tubería de perforación

Sentido de la circulación

Espacio anular

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3. Cálculo de áreas y volúmenes. Los cálculos básicos para iniciar la determinación del tiempo de atraso son inherentes a los modelos mecánicos de los materiales usados como herramientas para perforar y conducir el lodo.

3.1. Cálculos de áreas anulares. d2

D1

D1

d2

Área del circulo D1 Área del circulo d2

 R² =  (D² / 4) = unidades al cuadrado. A =  R² =  (d² / 4) = unidades al cuadrado. A=

Área de la parte anular (sombreada) =

 (D² / 4) -  (d² / 4)

Fórmula general para áreas anulares = /4 (D² - d² )

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3.2. Cálculo de capacidades anulares.

d2

1m

D1

Calculo del volumen entre dos cilindros concéntricos. Volumen de un cilindro ( V ) = área del círculo por longitud (A x L) V=

/4 ( D² ) / L = 0.7854( D² )L = Unidades al cubo

Capacidad anular ( Ca )

Ca = 0.7854 (D² - d² )L = unidades al cubo.

3.3. Simplificación de la fórmula. Dentro de la industria, todos los diámetros de las tuberías, barrenas, válvulas, pistones, preventores, etc. están dados en pulgadas. Para hacer el procedimiento de cálculo más sencillo sin romper la estructura de la fórmula y alterar los resultados, es necesario realizar algunas conversiones a las fórmulas para hacer los cálculos de volúmenes.

Volumen ( V ) de un cilindro. FÓRMULA: V = 0.7854 ( D² ) L

V = Volumen en unidades al cubo D = Diámetro del cilindro o tubo. L = Longitud del cilindro o tubo. 0.7854 = Resultado de (3.1416/4)

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Como las dimensiones de las tuberías siempre son pulgadas, se hace necesario convertir la fórmula para que de directamente el volumen en el sistema métrico.

Volumen por cada metro. (V)

FÓRMULA:

V = 0.7854 ( D² ) 39.37

D = Diámetro del tubo en pulgadas. 39.37 = 1 m convertido a pul gadas V = Volumen en pulgadas al cubo. 0.01639 = Factor de conversión de pulgadas cúbicas a litros (ver anexo)

FÓRMULA:

V =(0.7854 ( D² ) 39.37)0.01639

Se agrupan todos los factores de la fórmula como están indicados que es el producto de (0.7854)(39.37)(0.01639) para encontrar un solo factor de conversión al sistema métrico quedando la fórmula como sigue:

Convirtiendo a un solo factor: ((0.7854)(39.37)(0.01639)) = 0.5067

FORMULA: V = ( D² ) 0.5067

V = volumen en litros por metro.

Fórmula general para calcular la capacidad anular (Ca). Ca =(D² - d² ) 0.5067

Ca = Capacidad anular en l/m D = Diámrto mayor en pulgadas D = Diámetro menor en pulgadas 0.5067 = Factor de conversión a l/m

D

L

Volumen anular (Va). Es La capacidad anular multiplicada por una longitud determinada del pozo d FORMULA: Va = 0.5067 (D² - d² )L = litros L = Longitud de un intervalo en metros.

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4. Bombas de lodo y sus partes principales. Una bomba de lodo es un dispositivo mecánico diseñado para desplazar un fluido de naturaleza viscosa, de alta densidad y viscosidad variable; a través de un sistema de compartimientos hidráulicos y tuberías.

Las bombas están formadas por dos partes fundamentales que son: La parte mecánica La parte hidráulica. 4.1. Parte mecánica. La parte mecánica está compuesta por uno o dos motores de alta potencia, capaces de mover los engranes y componentes que forman la parte sólida de la bomba y que en conjunto ponen en movimiento los sistemas de succión e inyección de la parte hidráulica.

La parte hidráulica, que es la que interesa en este caso; se refiere a los espacios vacíos de las camisas por donde se desplaza los pistones movidos por los vástagos y cuyos movimientos de avance y retroceso completan el ciclo de llenado y vaciado del lodo o succión e inyección.

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4.2. Parte hidráulica. Para calcular el gasto se requiera conocer las dimensiones de la parte hidráulica ya sea de una bomba triplex o una bomba duplex.

Parte hidráulica de las bombas de lodos duplex y triplex.

Pistón . Vástago

Camisa o Linner

Camisa

Pistón Vástago

4.3.

Descripción de las partes hidráulicas de las bombas de lodos. L

L

D

Bomba Duplex de doble acción. Desplaza lodo en ambos sentidos.

D

d

Bomba Triplex de simple acción. Desplaza lodo en un solo sentido.

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EXPLICACIÓN.

D = Diámetro interior de la camisa o Linner en pulgadas, que es igual al diámetro del pistón que corre dentro de la camisa y que succiona el lodo al interior de esta, o lo expulsa; de acuerdo al movimiento que esté realizando.

D

d = Diámetro del vástago en pulgadas. El vástago es el “perno” q ue sujeta al pistón para jalarlo hacia el frente o hacia atrás durante el proceso de bombeo. Tiene aplicación volumétrica solo en las bombas Duplex de doble acción.

d

L = Longitud de la carrera del pistón en pulgadas. Esta longitud es la distancia que re corre el pistón desde el inicio de la succión, hasta el momento del retroceso para la inyección. L

Inicia la succión

L

Termina la succión e inicia la inyección.

JBGO 4.4.

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Dispositivos mecánicos de bombeo. Bomba duplex 2 Pistones. 2 Camisas también llamados cilindros o Linner. 2 Vástagos. 8 Válvulas (4 de admisión para llenar, 4 de descarga para inyectar.) Doble acción: Desplaza lodo hacia adelanta y hacia atrás. Velocidad: Hasta 90 EPM.

Bomba Triplex 3 Pistones 3 Camisas también llamados cilindros o Linner 3 Vástagos 6 Válvulas Simple Acción: Desplaza lodo hacia adelanta únicamente. Velocidad: hasta 200 EPM Válvulas de descarga

Inyección Válvulas de admisión Succión

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Las dimensiones de estos dispositivos de bombeo determinan la cantidad de volumen desplazado por cada movimiento de inyección de fluido hacia el sistema de circulación. Dispositivos de bombeo de la bomba duplex

Pistón

Vástagos

Camisa o Linner

Válvulas

JBGO Dispositivos mecánicos de bombeo de la bomba triplex.

Vástagos

Camisa o Linner Pistones

Válvulas

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JBGO 4.5.

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Principios de operación de una bomba de lodo.

Al iniciar el movimiento del pistón dentro de la camisa o linner; se abre una válvula de succión que permite la entrada de lodo a la parte interna de la camisa, llenándola completamente. Si la bomba es duplex de doble acción, al mismo tiempo que la válvula de succión deja entrar el lodo a la cámara de la camisa, una válvula de descarga se abre para inyectar volumen por el lado contrario haciendo los dos trabaj os en forma simultánea. Si la bomba es triples de simple acción, la válvula de admisión permite la entrada de lodo en un sentido y cuando la camisa está llena, ésta válvula se cierra y se abre la de descarga para permitir la salida del fluido. La cantidad de fluido que se inyecta al sistema en un ciclo de bombeo depende del diámetro interior de la camisa y de la longitud del vástago que se desplaza dentro. La eficiencia mecánica de la bomba por lo regular es del 100%. La eficiencia volumétrica de la b omba oscila entre el 90 y 100%. Esta diferencia depende del desgaste interno del equipo, de las características reológicas del lodo, así como de la hermeticidad del pistón dentro de la camisa.

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5. Definición de “Embolada, Desplazamiento y Gasto” Embolada: Se define como embolada, el movimiento de los pistones de la bomba de lodo por cada ciclo, considerándose como ciclo completo el avance y retroceso del pistón de y hasta su posición inicial. Posición inicial

Posición final

Representación esquemática de una embolada.

Desplazamiento: Defínase como desplazamiento a la cantidad de volumen de fluido impulsado por la bomba en cada embolada. Este volumen depende directamente del diámetro interior de la camisa o linner y de la distancia de recorrido del pistón en el interior de la misma. Las unidades de ingeniería usadas son litros por embolada (l/Emb) Movimiento de succión

Movimiento de descarga

Desplazamiento en l/Emb

Gasto: Es el desplazamiento que efectúan los pistones de la bomba en una unidad de tiempo. Depende de la velocidad con que se mueve n los dispositivos de succión o admisión e inyección o descarga. Las unidades mas usadas son: litros por minuto (l/min), Galones por minuto (gal/min), metros cúbicos por minuto (m³/min).

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6. Cálculo de desplazamiento y gasto de una bomba. 6.1 Bomba triplex de simple acción. Esta bomba tiene tres ciclos de desplazamiento en cada embolada y su componente es un cilindro simple llamado camisa o linner.

L D Camisa llena. (Succiona)

Camisa vacía. (Inyecta)

L = Longitud del recorrido o carrera en pulgadas D = Diámetro interior de la camisa o linner en pulgadas. 6.2 Método de cálculo en galones y litros por cada ciclo. Fórmula para calcular el volumen (V) de un cilindro . V=

 (D² / 4) L = ( /4) D² L = 0.7854 (D² L) = Unidades al cubo por ciclo.

Como las medidas son dadas generalmente en pulgadas, el resultado será pulgadas cúbicas. (pul³) Los volúmenes en el Sistema Ingles se manejan mas comúnmente en galones, por tanto, se modifica la fórmula par a estas unidades. (ver los anexos del capítulo 19) De = 0.7854 (D² L) 0.004329 = 0.7854 x 0.004329 (D² L) = galones por ciclo. De = 0.0034 (D² L) = galones por ciclo. Pero una embolada consta de tres ciclos, finalmente, la fórmula para el desplazamiento (De) en galones por embolada queda de la siguiente manera. De = 0.0034 (D² L) 3 = 3 x 0.0034 (D² L) De = 0.0102 (D² L) Para México, es muy importante que los datos de volúmenes sean manejados en el Sistema Internacional, por tanto, es necesario desarro llar la fórmula para calcular el desplazamiento (De) en litros por ciclo y litros por embolada. De = De =  (D² / 4) L = ( /4) D² L = 0.7854 (D² L) = Unidades al cubo por ciclo. Como las medidas son dadas generalmente en pulgadas, el resultado será pulg adas cúbicas en cada ciclo (pul³).

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Para convertir las pulgadas cúbicas por cada ciclo en litros por cada ciclo, se usa el factor 0.01639 (ver los anexos del capítulo 19). De = 0.7854 (D² L) 0.01639 = 0.01287 (D² L) = litros por cada ciclo. Pero una embolada consta de tres ciclos, finalmente, la fórmula para el desplazamiento (De) en litros por embolada queda de la siguiente manera.

De = 0.01287 (D² L) 3 RESUMEN: Para galones.

Para litros

De = 0.0386 (D² L) = l/Emb

De = 0.0102 (D² L) = gal/Emb .

De = Despl. en gal/embolada D = Diam. En pulgadas L = Longitud en pulgadas

De = 0.0386 (D² L) = l/Emb .

De = Despl. en l/embolada D = Diam. en pulgadas L = Longitud en pulgadas

El desplazamiento (De) es igua l al volumen de los tres ciclos; es decir, una embolada. Por tanto, la fórmula general para bombas triplex de simple acción en litros por cada embolada, queda de la siguiente manera.

De = 0.0386 (D² L) = l/Emb .

De = Desplazamiento en l/embolada D = Diámetro de la camisa en pulgadas L = Longitud del vástago en pulgadas

En el cálculo de desplazamiento de las bombas, se debe tomar en cuenta su eficiencia volumétrica. Si bien la eficiencia mecánica es igual a 100%, la eficiencia volumétric a oscila entre el 90 y 100%. Al introducir la eficiencia volumétrica a la fórmula del desplazamiento, sufre un pequeño cambio que hace más eficiente el cálculo del desplazamiento.

De = 0.0386 (D² L) % de eficiencia = l/Emb .

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6.3. Bombas Duplex de doble acción. El volumen de desplazamiento de esta bomba consta de cuatro emboladas por cada ciclo. Dos ciclos son el volumen de dos cilindros simples y los otros dos ciclos son el volumen entre dos cilindros concéntricos (interior de la camisa o li nner y el vástago) L Succiona

Inyecta

D

Inyecta

d

Succiona

L = Longitud del recorrido del vástago o carrera en pulgadas D = Diámetro interior de la camisa o linner en pulgadas. d = Diámetro del vástago en pulgadas.

6.4 Método de cálculo del desplazamiento (De) en litros por cada ciclo en tres etapas.

Etapa uno. Formula para calcular el volumen (V1) de un cilindro V1 =

 (D² / 4) L = (  / 4) D² L = 0.7854 (D² L) = Unidades al cubo por ciclo.

Como las medidas son proporcionadas en pulgadas por el origen del equipo, el resultado será en pulgadas cúbicas (pulg²) por cada ciclo. Para convertir las pulgadas cúbicas por cada ciclo, en litros por cada ciclo, se usa el factor 0.01639 (ver anexo19.1). V1 = 0.7854 (D² L) 0.01639 = 0.01287 (D² L) = litros por cada ciclo.

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En este tipo de bombas, una embolada consta de dos ciclos en un cilindro simple, así, la primera parte de la fórmula queda con la estructura siguie nte. V1 = 0.01287 (D² L) 2 V1 = 0.02574 (D² L) = litro s en dos ciclos.

Etapa dos. Fórmula para calcular el volumen concéntrico (V2) entre dos cilindros. V2 = ( /4 (D² L) – por ciclo.

 / 4 (d² L)) = (0.7854 (D² L)

– (0.7854 (d² L)) = unidades al cubo

Como las medidas son dadas en pulgadas, el res ultado será pulgadas cúbicas (pulg²) en cada ciclo. Para convertir las pulgadas cúbicas por cada ciclo en litros por cada ciclo se usa el factor de conversión 0.01287 ( ver anexos 19.1). V2 = (0.7854 (D² L) 0.01639) – (0.7854 (d² L) 0.01639) = Litros por cada ciclo. V2 = 0.01287 ((D² L) – (d² L)) Pero una embolada consta de dos ciclos, finalmente, la segunda parte de la fórmula general para calcular el desplazamiento (De) de la bomba duplex de doble acción queda como sigue. V2 = 0.01287 ((D² L) – (d² L))2 = 0.02574 ((D² L) – (d² L)) = litros en dos ciclos. Etapa tres. En esta tercera etapa, se calcula el desplazamiento (De) de la bomba tomando en cuenta lo calculado en las etapas uno y dos. De = V1 + V2 De = 0.02574 (D² L) + 0.02574 ((D² L) – (d² L)) De = 0.02574 ((D² L) + ((D² L) – (d² L)))

La formula final para calcular el desplazamiento de la bomba duplex es: De = 0.02574 (2D² – d² L)

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De = Desplazamiento en litros por embolada (l/Emb.) D = Diámetro del linner en pulgadas. d = Diámetro del vástago en pulgadas. L = Longitud del recorrido del vástago o carrera. La mayoría de los cálculos generados con las diferentes medidas de los sistemas de bombeo en la industria petrolera, ya se encuentran simplificados de acuerdo a las características de cada fabricante y marca; (anexos 19.2, 19.3, 19.4 y 19.5). Las presiones de trabajo y los volúmenes desplazados varían con cada fabricante: y de acuerdo a los diseños de ingeniería de cada pozo, se determina el tipo de bomba que se va a usar para desplazar los fluidos de perforaci ón. (anexos 19.2 y 19.5 del capitulo19) de este manual. En el cálculo de desplazamiento de las bombas, se debe tomar en cuenta su eficiencia volumétrica. Si bien la eficiencia mecánica es igual a 100%, l a eficiencia volumétrica oscila entre el 90 y 100%. Al introducir la eficiencia volumétrica a la fórmula del desplazamiento, sufre un pequeño cambio que hace más eficiente el cálculo del desplazamiento.

De = 0.02574 (2D² – d²) L) % de eficiencia

6.5 Gasto de bombas El Gasto (G) se define como la cantidad de fluido que desplaza la bomba en una unidad de tiempo. La cantidad de volumen desplazado depende de la velocidad de bombeo (Vel. Bombeo) y de las características hidráulicas de la bomba. Las unidades de gasto son dadas generalmente en: Litros por minuto (l/min) Galones por minuto (gal/min)

G = (0.02574 (2D² – d² L) % de eficiencia) Vel. Bombeo

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7. Tipos de tuberías de perforación.

Definición: La tubería de perforación es la herram ienta que, interconectada entre si, forma el sistema de conducción hidráulica de un pozo. La tubería de perforación tiene como finalidad, ir incrementando la longitud de la sarta con conexiones de tubos de 9.5 m promedio aproximado. Dentro de ella fluye el lodo empujado por la bomba hacia el interior del pozo. Existen varias clases de tuberías; según su resistencia a la tensión, diámetro y peso nominal. Las conexiones son de caja a piñón enroscadas una con otra y con torsión controlada según su tipo y cla se. Una sarta de perforación puede tener dos o más tuberías con diámetros diferentes, de acuerdo a las necesidades y a los diseños especificas para cada pozo. De esta forma, puede haber tuberías en la parte superior con diferentes características que o tros tramos de la parte media o la parte inferior de la sarta. Generalmente, la tubería de la parte superior es mucho mas resistente que la de la parte intermedia, pues es usada para soportar el peso de las secciones inferiores; que por tal motivo, son mas ligeras. Los datos más importantes de la tubería de perforación , usada para conducir fluido viscoso, son los especificados en el anexo 19.6

7.1.

Definición de conceptos en las tuberías de perforación. Diámetro exterior. Es el diámetro total formado por la capa superficial exterior del acero o material de que está fabricada la tubería. Diámetro interior. Es el que está formando la parte interior vacía del tubo. El grosor del tubo es el resultado de restar al diámetro exterior el diámetro interior. Peso Nominal. Es la medida del peso del volumen de acero en una longitud determinada de tubería. Las unidades mas usadas son libras por cada pie lineal (lb/pie). Su valor depende de la cantidad de material metálico que contenga el tubo en una longitud de un pi e (30.5 cm.). Capacidad Interior. Es la cantidad de fluido que le cabe a un tubo en una unidad de longitud. Las unidades mas comúnmente usadas son en litros por cada pie (l/pie) o litros por cada metro (l/m). Desplazamiento. Es la cantidad de volumen d esplazado por el acero al introducir la tubería dentro de un fluido. Este volumen es igual al volumen de acero en una unidad de longitud, usualmente litros por metro. (l/m)

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Grado. Es una norma internacional que define la cantidad y tipo de acero de que está formado el tubo. El de mayor grado es mas resistente y se coloca en la parte superior de la sarta para resistir la tensión y el peso de los tubos colgados mas abajos. 7.2.

Tubería pesada HW (Heavy Weigth)

La tubería pesada o HW, tiene como finalidad sop ortar la compresión generada al estar cargando peso sobre la barrena y esta misma sobre la superficie de la roca que se perfora. Es de suma importancia mantener el punto de compresión (punto neutro) dentro del límite de esta tubería para evitar roturas por fatiga de las tuberías superficiales más débiles. Los datos más importantes de la tubería HW, como en las demás tuberías están registrados en el anexo 19.7

7.3.

Tubería extrapesada (Drill Collar) o herramienta.

Es usada para darle tensión al conjunto de tuberías interconectadas entre sí y para cargar peso a la barrena durante el proceso de perforación. Actúa como una plomada manteniendo la suficiente tensión en las demás tuberías para mantenerlas verticales durante el giro. Los datos más importantes d e la tubería extrapesada o Drill Collar, como en las demás tuberías están registrados en el anexo 19.8

7.4.

Barrena.

La barrena es la herramienta que va al final de la sarta de tuberías de perforación y su función es cortar la roca para perforar el agujero. Las especificaciones más importantes de algunas barrenas, su tipo y las marcas más usuales están registradas en el anexo 19.9

Barrenas.

JBGO Conceptos de las tuberías de perforación. Diámetro exterior

Volumen de acero (l/m)

Piñón

Capacidad interior (l/m) Caja

Diámetro interior

Peso nominal (l/pie)

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8. Cálculo de la capacidad Interior (Ci) y del volumen interior (Vi) o capacidad interior de tuberías. 8.1.

Capacidad Interior de tuberías (Ci).

Es la cantidad de volumen que existe en el interior de un metro lineal de tubería. La s unidades son litros por metro.

Ci = 0.5067 (d²) = l/m d 1m

8.2.

Ci = Capacidad interior de la tubería en l/m d = Diámetro interior de la tubería en pulgadas

Volumen Interior de tuberías.

El volumen interior de las tuberías de perforación se define como el espacio vacío que se encuentra confinado dentro de las paredes del diámetro interior y que sirve como conducto de los fluidos de un punto a oro. Conocer o saber calcular este volumen permite saber con exactitud la cantidad de líquido que se usará para llenar todo el espacio interno de las tuberías usadas en la sarta de perforación y poder calcular el tiempo de desplazamiento de las muestras desde la superficie hasta el fondo usando una veloci dad de bombeo determinada. Vi = Ci x L = litros. Vi = 0.5067 (d²) L = litros. d L

Vi = Volumen interior en litros d = Diámetro interior de la tubería en pulgadas L = Longitud del intervalo en metros.

Los fabricantes de tuberías de perforación proporcionan las especificaciones de cada una de ellas, pero en general, todas se calculan de la misma manera. Para mayor información consultar los anexos del capítulo 19. Para mayor comodidad, se presenta una lista de las especificaciones más importantes con sus capacidades interiores en los anexos 19.6, 19.7 y 19.8

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9. Cálculo del volumen de acero de tuberías (Va). El volumen de acero es la cantidad de metal que contiene la tubería en s us paredes, dependiendo del grosor de la misma. Cuando se introduce un tobo en un fluido, el volumen de acero desplaza una cantidad de líquido igual al volumen de acero introducido.

Va = 0.5067 (D² - d²) L = litros. D d

L

Va = Volumen de acero en litros D = Diámetro exterior de la tubería en pulgadas. d = Diámetro interior de la tubería en pulgadas. L = Longitud del intervalo en metros.

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10. Diseño de una “sarta” (String) de p erforación. Definición. Una sarta de perforación, es el conjunto de tubos de diferentes dimensiones y grados interconectados que forman el sistema de conducción de fluidos desde la superficie hasta la profundidad donde se encuentra la barrena. La sarta de perforación (String) está formada por diferentes secciones que tienen funciones como sigue:  A. Tubería Superficial . Es el intervalo que va en la parte alta de la sarta. Sirve para soportar todo el peso de la tubería de la parte inferior, por tal motiv o, su grado de resistencia es mayor a la de toda la demás tubería.

A

 B. Tubería intermedia . La finalidad de esta tubería es aligerar el peso del conjunto de tuberías conectadas entre si, (sarta o String), ya que soporta menos peso con las mismas propiedades de una tubería adecuada. También se usa para reducir la posibilidad de alcanzar flujo anular turbulento en los diámetros reducidos.

B

 C. Tubería pesada (HW). Tiene como finalidad soportar la compresión general al estar cargando peso sobre la barrena y esta misma sobre la superficie de la roca que se corta. Es necesario mantener el punto de compresión o punto neutro dentro del límite de esta tubería para evitar roturas por fatiga de las tuberías intermedias.  D. Tubería Extrapesada (DC). Se usa para darle tensión al conjunto de tuberías y para cargar peso a la barrena en el proceso de perforación. Actúa como plomada manteniendo la sarta en posición vertical. La tensión generada en todo el string por la herramienta o Drill Collar evita el movimient o de rotación axial que se genera cuando las tuberías son muy largas.

C

D

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11. Diagrama de un pozo sin tubería. Un pozo está constituido por una sección de agujero descubierto recién perforado en la parte inferior y un conjunto de tuberías revestidoras (TR) que permiten proteger las paredes del agujero cuando los espacios descubiertos son muy inestables, con presiones de fluidos anormalmente altas o subnormales. Las tuberías revestidoras se fabrican con especificaciones de alta ingeniería para que sean capaces de soportar altas presiones internas y externas. Para más información consultar el anexo 19.10  Sección 1. Tubería de revestimiento superficial . Tiene como finalidad aislar las rocas poco consolidadas que con frecuencia causan inestabilidad en el agujero por la gran cantidad de agua del manto freático y la baja consolidación de las partículas sólidas.  Sección 2. Tuberías de revestimiento. Esta sección puede estar formada por una o más tuberías revestidoras, de acuerdo a las necesidades de cada objetivo. Se usan para aislar rocas de presiones normales de las que tienen presiones anormalmente altas o de las que tienen pr esiones subnormales.

Sección 1

Sección 2

 Sección 3. Linner. Esta es una tubería de revestimiento que se cuelga dentro de otra tubería revestidora de mayor tamaño. Su uso es con fines económicos y prácticos, ya que se protege una sección del agujero sin prolongar la tubería hasta la superficie, constituyendo un ahorro considerable en la prolongación de estos revestimientos hasta la superficie. Sección 3  Sección 4. agujero descubierto . Esta sección corresponde al agujero que aún no has sido protegido por una tubería revestidora y que ha sido perforada recientemente. Esta parte del pozo proporciona toda la información analizada en la superficie, ya que está en contacto directo con los fluidos de perforación en su recorrido ascendente desde el fondo hasta la sperficie.

Sección 4

JBGO 12. Diagrama de un pozo con tubería en el interior. A. Tubería Revestidora Superficial . Soporta las rocas de poca cohesión o con mantos freáticos. A B. Tubería Superficial. De alto grado de resistencia para soportar todo el peso de la sarta o string. B C. Tubería Revestidora Intermedia. Protege al agujero cuando hay presiones anormalmente altas o presiones subnormales. C D. Espacio Anular. Sección por donde asciende el lodo desde el fondo hasta la superficie. D E. Tubería Intermedia. Aligera el peso de la sarta y puede ser del mismo diámetro o menor que el de la tubería superficial. E F. Linner. Se cuelga dentro de una tubería de revestimiento mayor para pr oteger secciones cortas de agujero. F G. Tubería Pesada HW. Actúa como soporte de la compresión y la carga al estar perforando. G H. Agujero descubierto. Agujero perforado sin proteger. H I.

Tubería Extrapesada o Drill Collar. Da tensión a la sarta de perforación I

J. Barrena. Es la herramienta que perfora la roca y por la cual sale el lodo para transportar los recortes a la superficie.

J

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13. Definición y cálculo del volumen anular de un pozo.

Definición. El volumen anular de un pozo es el espacio concéntrico que se encuentra entre el diámetro exterior de la tubería que forma la sarta de Sección 1 850 m perforación y el diámetro interior de la tubería revestidora o el que queda en el agujero descubierto. Como los diámetros no so n iguales para todas las secciones, se divide en tantas de éstas como existan. Sección 1. Formado por Tubería de Revestimiento o TR de 19.124” interior y Sección 2 900 m tubería de perforación o TP de 5” exterior con una longitud de 850 m.

TR 19.124” D Int.

T.P. de 5” D. Ext.

TR 15.375” D Int. T.P. 5” D Ext.

Sección 1. Constituido por TR de 15.375” diámetro interior y TP de 5” de diámetro exterior y una longitud de 900 m. Agujero 12.25” D Sección 3. Formado por agujero de 12.25” de diámetro y TP HW de 5” de diámetro Exterior. Sección 4. Formado por agujero de 12.25” de diámetro y DC de 7” de diámetro Exterior. Barrena de 12.25” de diámetro que forma el agujero

Sección 3 450 m T.P. HW 5” D Ext.

Agujero 12.25 “ D Sección 4 700 m

DC 7” D Ext.

Bna. 12.25” D

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13.1. Procedimiento de cálculo.

Identificar la fórmula a usar para calcular el volumen anula (Va) Va = 0.5067 (D² - d² ) L

Va = Volumen anular en l/m D = Diámetro mayor e n pulgadas. D = Diámetro menor en pulgadas. L = Longitud del intervalo en m

Identificar las secciones anulares del pozo ejemplificadas en el diagrama.

Sección 1 2 3 4

Datos de las secciones anulares. Fórmula a usar Datos de diámetros Va1 = 0.5067 (D² - d² ) L1 TR 19.124” y TP 5” Va2 = 0.5067 (D² - d² ) L2 TR 15.375” y TP 5” Va3 = 0.5067 (D² - d² ) L3 Agujero 12.25” y TP 5” Va4 = 0.5067 (D² - d² ) L4 Agujero 12.25” y DC 7” Longitud total del pozo

Longitud del intervalo Longitud1 = 850 m Longitud2 = 900 m Longitud3 = 450 m Longitud4 = 700 m L1+L2+L3+L4 = 2900 m

Cálculo del volumen anular por cada sección. Sección 1

Va1 = 0.5067 (D² - d² ) L1 Va1 = 0.5067 (19.124² - 5² ) 850 Va1 = 146,749.57 litros.

Sección 2

Va2 = 0.5067 (D² - d² ) L2 Va2 = 0.5067 (15.375² - 5² ) 900 Va2 = 96,400.46 litros.

Sección 3

Va3 = 0.5067 (D² - d² ) L3 Va3 = 0.5067 (112.250² - 5² ) 450 Va3 = 28,516.12 litros.

Sección4

Va4 = 0.5067 (D² - d² ) L4 Va4 = 0.5067 (12.250² - 7² ) 700 Va4 = 35,845.85 litros.

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Cálculo del volumen anular total del pozo (VaT) VaT = Va1 + Va2 + Va3 + Va4 VaT = 146,749.57 + 96,400.46 + 28,516.12 + 35,845.85 VaT = 307,512 litros

El volumen anular total de un p ozo (VaT) es la cantidad de fluido que es necesario bombear a través del interior de la tubería de perforación para recuperar las muestras perforadas por la barrena y situarlas a la profundidad que les corresponda. Todos los cálculos del tiempo de atras o (TA) parten del conocimiento exacto de la cantidad de lodo que se tiene en el espacio anular. Es esencial que las medidas de las longitudes de todas las secciones anulares que intervienen en la geometría del pozo, sean correctas; para evitar que el volum en con el que se va a hacer el cálculo contenga errores que perjudiquen la veracidad de la información recuperada.

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14. Métodos para calcular el tiempo de atraso. El tiempo de atraso se define como el tiempo que tarda el lodo en circular desde el fondo del pozo, hasta la superficie, por el espacio anular . Este tiempo, es el mismo que tarda la muestra en desplazarse en la misma trayectoria. Existen varios métodos para calcular el tiempo de atraso, dependiendo de la geometría del pozo. 14.1. Método del viaje redondo . Este método se utiliza cuando los agujeros son muy grandes, diámetros de barrenas de 14 ¾” en adelante y no se mantiene la estabilidad del agujero por presencia de derrumbes. Es este caso se tiene que calcular el tiempo de viaje redondo (TVR) secuencia indicada por las flechas en el diagrama. El tiempo de atraso será el TVR menos el Tiempo de bajada (TB) señalado por las flechas rojas. El tiempo de bajada (TB) son los minutos que tarda el lodo en hacer el recorrido desde la superficie hasta el fondo del pozo por el interior de la tubería de perforación. Este método, como utiliza volúmenes anulares muy grandes, es necesario hacer una comprobación con testigos físicos como celofán picado o carburo de calcio molido al me nos cada 100 metros. El método consiste en calcular el volumen interior de la tubería de perforación que interviene en la formación de la sarta como primer paso. Enseguida se calcula el tiempo que tardaría ese lodo en recorrer la trayectoria desde la supe rficie hasta el fondo, o sea, el tiempo de bajada (TB) El tiempo de viaje redondo (TVR) se obtiene agregando un testigo durante una conexión anotando la hora en que el testigo inicia el movimiento impulsado por la bomba de lodo y la hora en que aparece en los vibradores al transcurrir el ciclo completo de circulación (como se indica en el diagrama) El material que se usará como testigo debe ser de tamaño adecuado para evitar que obstruya las toberas y se tape la barrena. De preferencia será carburo de cal cio molida y se detectará en la superficie como un pico de gas. En caso de usar otro testigo, se estará pendiente en los vibradores para registrar su salida.

JBGO Para calcular el Tiempo de Bajada (TB) es necesario conoc er los siguientes datos.

Diámetro interior de la tubería de perforación. Longitud de cada una de las secciones. Capacidad interior de al tubería de perforación en litros por metro.

Sección 1

Gasto de bombeo en litros por minutos.

TP de 5” Ext. TP 4.276” Int. Longitud 2200 m

Tipo de bomba usada (duplex o triplex) Eficiencia volumétrica de la bomba. Velocidad de bombeo en emboladas por minuto.

2200 m

Tomando como ejemplo el diagrama adjunto; se obtienen las siguientes secciones con diámetros interiores diferentes.

En la Sección 1 se tiene : TP de 5” Diámetro exterior (D) TP de 4.276 diámetro Interior (d) Longitud (L) 2200 m (Anexo 19.6) Sección 2 En la Sección 2 se tiene: HW de 5” Diámetro exterior (D) HW de 3” diámetro Interior (d) Longitud (L) 300 m (Anexo 19.7)

HW 5” Ext. 300 m HW 3” Int. Longitud 300 m Sección 3

En la Sección 3 se tiene: DC de 7” Diámetro exterior (D) TP de 2.75 diámetro Interior (d i) Longitud (L) 200 m (Anexo 19.8)

DC 7” Ext. DC 2.75” Int. 200 m Longitud 200 m

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14.2. Cálculo del volumen interior ( Vi) de la tubería. Formula: Vi = 0.5067 ( di² )L

Vi = volumen interior por sección en litros di = Diámetro interior de la tubería en pulgadas L = Longitud del intervalo en metros.

Datos de las secciones interiores. Fórmula Diámetro Interior Vi = 0.5067 ( di² )L 4.276” Vi = 0.5067 ( di² )L 3.0” Vi = 0.5067 ( di² )L 2.75”

Sección 1 2 3

Longitud L= 2200 m L = 300 m L = 200 m

14.3. Cálculo del volumen interior (Vi) por cada sección. Sección 1. Vi1 = 0.5067 ( di² )L1 Vi1 = 0.5067 (4.276² ) 2200 Vi1 = 20,382.10 litros

Sección 2. Vi2 = 0.5067 ( di² )L2 Vi2 = 0.5067 (3² ) 300 Vi2 = 1,368.01 litros

Sección 3. Vi3 = 0.5067 ( di² )L3 Vi3 = 0.5067 (2.75² ) 200 Vi3 = 766.38 litros

14.4. Calcular el volumen interior total (ViT) de todas las secciones. ViT = Vi1 + Vi2 + Vi3 ViT = 20382.10 + 1368.01 + 766.38 ViT = 22,516.49 litros Esta es la cantidad total de lodo que se necesita bombear para que la muestra testigo llegue de la superficie al fondo por el interior de la tubería de perforación. Al saber las necesidades de desplazamiento, se calcula en cuantos minutos se logra conseguir el objetivo a un gasto de bombeo conocido.

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Si las condiciones mecánicas de la bomba son las dadas en el cuadro siguiente; el proceso para calcular el tiempo de bajada (TB) se desglosa paso a paso.

Tipo de bomba

Diámetro de camisa (D)

Datos de la bomba. Diámetro del Longitud del vástago (d) vástado (L)

Duplex de doble acción

6 pulgadas

2 ¾ pulgadas

Paso 1.

18 pulgadas

Eficiencia Velocidad de volumétrica bombeo (Vb) 90 % 70 Emb/min (0.90)

Se calcula el desplazamiento de la bomba. De = (0.025758 ((2D² - (d²)) L) %Efic. De = (0.025758 ((2*6²) – 2.75²) 18) 0.90 De = 26.88 l/Embolada.

Pso 2.

Se calcula el gasto (G) de la bomba en litros por minuto. El gasto es la cantidad de lodo que desplaza la bomba en una unidad de tiempo. G = De * Vb G = 26.88 * 70 G = 1886.6 l/min.

Paso 3.

G = gasto de la bomba en l/min. De = Desplazamiento de la bomba en l/Emb. Vb = Velocidad de bombeo en Emb/min.

Calcular el tiempo que tarda el lodo en llegar desde la superficie hasta el fondo, o sea, el Tiempo de Bajada (TB) TB = ViT / G TB = 22,516.49 / 1886.6 TB = 11.93 min.

TB = Tiempo de bajada en minutos ViT =Vol. Interior total (ViT) en litros. G = Gasto de la bomba en l/min.

14.5. Calcular el tiempo de atraso para este método. Al introducir el testigo en la superficie, se toma la hora de inicio de bombeo y se espera hasta que la muestra de prueba salga a la superficie en los vibradores. Esto es, como se explicó; el tiempo de viaje redondo (TVR). A partir de este dato, se define e l tiempo de atraso TA = TVR – TB.

TA = Tiempo de atraso en minutos. TBR = Tiempo de Viaje Redondo en minutos. TB = Tiempo de bajada en minutos.

Si se registra que el viaje redondo en el diagrama de la figura de la página 34 es de 175 minutos; entonces, el tiempo de atraso será TA = 175 – 11.93 = 163.07 minutos.

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El proceso de cálculo es el siguiente: TA = TVR – TB TA = 175 – 11.93 TA = 163.07 minutos. Este método es fácil de calcular, pero en la práctica es difícil de usar; ya q ue si se suspende la circulación en algún momento, sin terminar el ciclo completo; o cambiara la velocidad de bombeo, no será posible o se dificultara mucho llevar un buen registro de la cantidad de tiempo perdido. Este método es mas usado para corregir e l tiempo de atraso ya que cuando el agujero está muy dañado por derrumbes o las arcillas han fluido hacia el interior del agujero, el método del viaje redondo nos indica el valor real del Tiempo de Atraso, que será diferente si se considera la geometría de l pozo como un cilindro perfecto.

Con este método; se consideran también, durante el cálculo del Tiempo de Viaje Redondo, los daños que ha sufrido el agujero descubierto por exceso de presión hidrostática, derrumbes, presiones anormalmente altas, gol pes de la tubería en las paredes del agujero durante los viajes, invasión del filtrado hacia las rocas, etc.

Este método ayuda a considerar todos los daños anotadas en el párrafo anterior al no considerar al agujero como un cilindro perfecto

Cilindro perfecto

Daños del agujero

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Para evitar que se lleve un mal registro del tiempo durante las suspensiones de bombeo o cambio en la velocidad de la bomba; se complementa el cálculo del Tiempo de Atraso (TA) sustituyendo el tiempo calculado con este método por su equivalente en emboladas totales de atraso (EA); de esta manera, nunca será variable el cálculo de atraso, puesto que no dependerá del tiempo, sino del volumen desplazado por la bomba. TA = TVR – TB = 163.07 min. EA = VB * TA EA = 70 * 163.07 EA = 11,415 emboladas de atraso.

EA = Emboladas de atraso TVR = Tiempo de viaje redondo en min. TB = Tiempo de bajada en minutos VB = Velocidad de bombeo en Emb/min TA = Tiempo de atraso en minutos.

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14.6. Tiempo de atraso por el método de v olumen anular. Este método se utiliza cuando más del 50% del pozo está entubado y el agujero es de diámetros menores a 14 ¾” de diámetro, y de roca estable. En este ca so, se calcula el volumen del espacio anular o volumen anular (Va) por secciones. Volumen anular (Va1) de la sección 1 Va1 = 0.5067 (D² – d²)L1 Va1 = 0.5067 (9.063² – 5²) 2000 Va1 = 57,903.62 litros Va1 = Vol. anular de la sección 1 en litros D = Diámetro Int. de la TR en pulg. d = Diámetro Ext. de la TP en pulg. L1 = Longitud del intervalo 1 en metros

Datos de la sección 1 TR Diam. Ext. 9 5/8” TR Diam. Int. 9.063 “ TP Diam. Ext. 5” TP Diam. Int. 4.276” Longitud 2000 m

Volumen anular (Va2) de la sección 2 Va2 = 0.5067 (D² – d²)L2 Va2 = 0.5067 (8.5² – 5²) 100 Va2 = 2,394.16 litros Va2 = Vol. anular de la sección 2 en litros D = Diámetro del agujero en pulg. d = Diámetro Ext. de la TP en pulg. L2 = Longitud del intervalo 2 en metros

Volumen anular (Va3) de la sección 3 Va3 = 0.5067 (D² – d²)L3 Va3 = 0.5067 (8.5² – 5²) 300 Va3 = 7,182.47 litros Va3 = Vol. anular de la sección 3 en litros D = Diámetro del agujero en pulg. d = Diámetro Ext. de la HW en pulg. L3 = Longitud del intervalo 3 en metros

Volumen anular (Va4) de la sección 4 Va4 = 0.5067 (D² – d²)L4 Va4 = 0.5067 (8.5² – 7²) 200 Va4 = 2,356.15 litros Va4 = Vol. anular de la sección 4 en litros D = Diámetro del agujero en pulg. d = Diámetro Ext. de la DC en pulg. L4 = Longitud del intervalo 4 en metros

Datos de la sección 2 1 Agujero 8 ½” Diam. TP Diam. Ext. 5” TP Diam. Int. 4.276” Longitud 100 m

Datos de la sección 2 Agujero 8 ½” Diam. HW Diam. Ext. 5” HW Diam. Int. 3” Longitud 300 m

2

Datos de la sección 2

3

Agujero 8 ½” Diam. DC Diam. Ext. 7” DC Diam. Int. 2.75” Longitud 200 m 4

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Teniendo ya calculado el volumen anular de cada secci ón, es necesario sumar los volúmenes parciales par a determinar el Volumen Anular Total (VaT) del pozo. El volumen anular total es la cantidad de fluido que hay que bombear para que la muestra que está en el fondo, salga a la superficie. VaT = Va1 + VA2 + Va3 + Va4 VaT = 57,903.62 + 2,394.16 + 7,182.47 + 2,356.15 VaT = 69,836.40 litros. Lo importante en este momento, es saber cuantos minutos se tarda el equipo en bombear esta cantidad de lodo, con las condiciones mecánicas de la bomba expuesta a continuación siguiendo los pasos necesarios. Tipo de bomba

Diámetro de la Longitud del Eficiencia camisa (D) vástago (L) volumétrica (%)

Triplex de 5 ½ pulgadas simple acción

8 pulgadas

90 %

Velocidad de vombeo (Vb) 110 emboladas por minuto.

Se calcula el desplazamiento (De) de la bomba. Paso 1

De = 0.0386 (D² * L) % Efic. De = 0.0386 (5.5² * 8) 0.90 De = 8.407 litros/embolada. Calcular el gasto (G) de la bomba en litros por minuto. El gasto es la cantidad de lodo que desplaza la bomba en una unidad de tiempo.

Paso 2

G = De * Vb G = 8.407 * 110 G = 924.77

G = gasto de la bomba en l/min. De = Desplazamiento de la bomba en l/Emb. Vb = Velocidad de bombeo en Emb/min.

Calcular el Tiempo de Atraso (TA) con los datos ya obtenidos de la manera como se ilustra en la fórmula. Paso 3

TA = VaT / G TA = 69,836.40 / 924.77 TA = 75.52 minutos.

Para más exactitud, se recomienda que todos los tiempos de atraso se verifiquen o se operen en su equivalente en emboladas de atraso (EA), que no se modifican aunque los ritmos de bombeo se modifiquen. EA = TA * Vb EA = 75.52 * 110 EA = 8,307 Emb.

TA = Tiempo de atraso en minutos Vb = Velocidad de bombeo en emboladas por minuto. EA = Emboladas de atraso.

No obstante de este cálculo, es necesario verificarlo ca da 100 m con una prueba de carburo de calcio para corregir cualquier daño que haya sufrido la integridad el agujero.

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14.7. Método de cálculo del tiempo de atraso por velocidad anular (VeA) La velocidad anular se define como la rapidez con la que sube el lodo por las diferentes secciones del ánulo desde el fondo hasta la superficie. Antes de iniciar el cálculo del Tiempo de atraso, saber las velocidades anulares (VeA) de cada sección. Formulas VeA = G / Ca Ca = (D² – d² ) 0.5067 VeA = G / (D² – d² ) 0.5067

Velocidad anular (VeA1) de la sección 1 VeA1 = G / (D² – d² ) 0.5067 VeA1 = 924.77/ (9.063² – 5²) 0.5067 VeA1 = 31.94 m/min Ca = Capacidad anular en litros/metro VeA1 = Vel. Anular de la sección 1 en m/min D = Diámetro Int. de la TR en pulg. d = Diámetro Ext. de la TP en pulg. G = Gasto de la bomba 924.77 l/min.

Velocidad anular (VeA2) de la sección 2 VeA2 = G / (D² – d² ) 0.5067 VeA2 = 924.77/ (8.5² – 5²) 0.5067 VeA2 = 38.62 m/min. VeA2 = Vel. Anular de la sección 2 en m/min D = Diámetro del agujero en pulg. d = Diámetro Ext. de la TP en pulg.

Datos de la sección 1 TR Diam. Ext. 9 5/8” TR Diam. Int. 9.063 “ TP Diam. Ext. 5” TP Diam. Int. 4.276” Longitud 2000 m

Datos de la sección 2 1 Agujero 8 ½” Diam. TP Diam. Ext. 5” TP Diam. Int. 4.276” Longitud 100 m

Datos de la sección 2

Velocidad anular (VeA3) de la sección 3 VeA3 = G / (D² – d² ) 0.5067 VeA3 = 924.77/ (8.5² – 5²) 0.5067 VeA3 = 38.62 m/min.

Agujero 8 ½” Diam. HW Diam. Ext. 5” HW Diam. Int. 3” Longitud 300 m

2

Datos de la sección 2

3

VeA3 = Vel. Anular de la sección 3 en m/min D = Diámetro del agujero en pulg. d = Diámetro Ext. de la HW en pulg.

Velocidad anular (VeA4) de la sección 4 VeA4 = G / (D² – d² ) 0.5067 VeA4 = 924.77/ (8.5² – 7²) 0.5067 VeA4 = 78.50 m/min. VeA4 = Vel. Anular de la sección 4 en m/min D = Diámetro del agujero en pulg. d = Diámetro Ext. de la DC en pulg.

Agujero 8 ½” Diam. DC Diam. Ext. 7” DC Diam. Int. 2.75” Longitud 200 m 4

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Ya calculadas las velocidades anulares de cada sección , se realizan las operaciones necesarias para convertir las longitudes (L) de cada sección a minutos de atraso seccional. Tiempo de atraso por cada sección. Formula de la sección 1 TA1 = L1 / VeA1 TA1 = 2000 / 31.94 TA1 = 62.68 min.

Datos de la sección 1

TA1 = Tiempo de atraso sección 1 min L1 = Longitud de la sección 1 VeA1 = Velocidad anular de la sección 1

TR Diam. Ext. 9 5/8” TR Diam. Int. 9.063 “ TP Diam. Ext. 5” TP Diam. Int. 4.276” Longitud 2000 m

Formula de la sección 2 TA2 = L2 / VeA2 TA2 = 100 / 38.62 TA2 = 2.59 min.

Datos de la sección 2

TA2 = Tiempo de atraso sección 2 min L2 = Longitud de la sección 2 VeA2 = Velocidad anular de la sección 2 Formula de la sección 3 TA3 = L3 / VeA3 TA3 = 300 / 38.62 TA3 = 7.77 min. TA3 = Tiempo de atraso sección 3 min L3 = Longitud de la sección 3 VeA3 = Velocidad anular de la sección 3 Formula de la sección 4 TA4 = L4 / VeA4 TA4 = 200 / 78.49 TA4 = 2.55 min. TA4 = Tiempo de atraso sección 4 min L4 = Longitud de la sección 4 VeA4 = Velocidad anular de la sección 4

Agujero 8 ½” Diam. TP Diam. Ext. 5” TP Diam. Int. 4.276” Longitud 100 m

1

Datos de la sección 2 Agujero 8 ½” Diam. HW Diam. Ext. 5” HW Diam. Int. 3” Longitud 300 m 2

Datos de la sección 2 3

Calcular el TA, TA = (TA1 +TA2 +TA3 +TA4) TA = 62.68 + 2.59 + 7.77 + 2.55 = 78 TA = 75.59 minutos. Convertir los minutos a Emb oladas de Atraso EA = TA * Vb EA = 75.59 * 110 EA = 8315 emboladas

Agujero 8 ½” Diam. DC Diam. Ext. 7” DC Diam. Int. 2.75” Longitud 200 m 4

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15. Bombas en paralelo. Durante la primera etapa de los pozos, el diámetro del agujero es grande, por lo que el volumen de lodo desplazado por la bomba deberá ser suficiente para mantener limpio el fondo del agujero y una adecuada velocidad anular, por lo que, en ocasiones, deberán utilizarse dos bombas al mismo tiempo. También se utilizan las dos bombas en caso de que se re quiera mayor potencia hidráulica en el pozo, para optimizar los procesos de perforación. A esta forma de uso del equipo de bombeo se le denomina “Bombas en Paralelo”. Si el sistema de conteo de emboladas es automatizado por un programa computarizado y comprenda procesos temporizadores; el uso de bombas en paralelo no ofrece mayor problema. Pero, si se cuenta solamente con contadores mecánicos, entonces el problema se presenta en forma seria; puesto que en la selección de contadores, solo se puede act ivar uno a la vez. El uso de dos selectores de emboladas a la vez no es posible. En este caso, solo se puede utilizar un selectote de conteo de emboladas a la vez, siendo el selector de la bomba 1 o el selector de la bomba 2. Es indispensable sumar el gasto de las dos bombas para poder calcular el Tiempo de Atraso (TA). Ejemplo. La bomba 1 está operando con un desplazamiento de 8.407 litros por embolada y a una velocidad de 70 emboladas por minuto. La bomba 2 está operando con un desplazamiento de 8.407 litros por embolada y a una velocidad de 80 emboladas por minuto. Como se puede observar en el ejemplo, las bombas tienen las mismas características mecánicas de trabajo, puesto que tienen el mismo desplazamiento. Para tal caso, se suman los dos gastos p ara obtener uno global. Bomba 1 Bomba 2

De = 8.407 l/Emb. De = 8.407 l/Emb.

Vb = 70 Emb/min Vb = 80 Emb/min

G1 = 588.49 l/min. G2 = 672.56 l/min.

Tomando como Volumen anular Total el calculado en la página 40, se tiene un cálculo de VaT = 69,836.40 litros. Para calcular el nuevo Tiempo de Atraso se realiza el siguiente proceso.

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VaT = 69,836.40 litros. TA = VaT / (G1 + G2) TA = 69,836.40 / (588.49 + 672.56 ) TA = 69,836.40 / 1261.05 TA = 55.38 minutos. Conociendo el tiempo de atraso (TA), s e pueden calcular las emboladas de atraso (EA) y utilizar cualquier selector de las bombas en operación. Con este ejemplo: Utilizando el selector de la bomba 1. EA = TA * Vb EA = 55.38 * 70 EA = 3876.6 emboladas

EA = Emboladas de atraso. TA = Tiempo de atraso en minut os Vb = Vel. de bombeo bomba 1 en Emb/min.

Utilizando el selector de la bomba 2. EA = TA * Vb EA = 55.38 * 80 EA = 4430 emboladas

EA = Emboladas de atraso. TA = Tiempo de atraso en minutos Vb = Vel. de bombeo bomba 2 en Emb/min.

En condiciones normales, es decir con una sola bomba, si se modifican las velocidades de bombeo, se tiene que corregir el tiempo de atraso (TA), ya que el incremento disminuye el tiempo de atraso y el decremento aumenta el valor del tiempo. Ejemplo. Datos antes. TA = 55.38 min. EA = 3876.6 emboladas Vb = 70 Emb/min.

Datos nuevos Vb = 80 Emb/min.

TA nuevo = ((Vb antes) ( TA antes)) / Vb nuevo. TA nuevo = (70 * 55.38) / 80 TA nuevo = 3876 / 80 TA nuevo = 48.45 minutos. Es este mismo ejemplo, si diminuye la velocidad de bombeo a 60 emb/min. TA nuevo = ((Vb antes ) (TA antes)) / Vb nuevo. TA nuevo = (80 * 48.45) / 60 TA nuevo = 3876 / 60 TA nuevo = 64.6 minutos. La ventaja de usar emboladas de atraso radica en que al modificar la velocidad de bombeo, no se alteran las emboladas de tarso (EA).

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16. Bombas en paralelo con diferentes características mecánicas Siempre existe la posibilidad de encontrar en operación dos bombas en paralelo con diferentes características mecánicas conectadas a la línea de bombeo al mismo tiempo. Para esos casos, si el método de conteo es de tipo automatizado con temporizadores computarizados, no se presenta ningún problema; no obstante, si no se tiene equipo sofisticado, es necesario hacer algunos ajustes para controlar el tiempo de atraso o las emboladas de atraso en su caso, para poder trabajar sin desfasar la recuperación de las muestras. Tomando como ejemplo los datos del cuadro siguiente; se elabora el procedimiento para el tiempo de atraso o emboladas de atraso con bombas diferentes en paralelo usando un sistema manual de conteo formado por dos selectores. Un selector corresponderá a la bomba 1 y el otro selector a la bomba número 2. Datos de las bombas. Tipo de bomba

Bomba número 1 Diámetro de la Longitud del Eficiencia camisa (D) vástago (L) volumétrica (%)

Velocidad de bombeo (Vb)

Triplex de simple acción

5 ½ pulgadas

80 Emb/min

8 pulgadas

90 %

Bomba número 2 Tipo de bomba Duplex doble acción

Diámetro de la camisa (D)

Diámetro del vástago (d)

Longitud del vástago (L)

Eficiencia volumétrica (%)

Velocidad de bombeo (Vb)

6 pulgadas

2 ¾ Pulg.

18 Pulgadas

90 %

70 emb/min

Desplazamiento de las bombas. Bomba 1

De = 0.0386 * D² * L * 0.90 = 8.407 litros por embo lada G = De * Vb = 8.407 * 80 = 672.56 litros por minuto.

Bomba 2

De = (0.02575 ((2D² - d² ) L) 0.90 = 26.88 litros por embolada. G = (De * Vb) = 26.88 * 70 = 1881.6 litros por minuto.

Tomando como Volumen anular Total el calculado en la pág ina 40, se tiene un cálculo de VaT = 69,836.40 litros. En caso de tener un diseño anular complicado, será necesario calcular los volúmenes anulares de cada sección y sumarlos para obtener el volumen anular total (VaT) del pozo.

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Operaciones: TA = VaT /G G = (G bomba 1 + G bomba 2) TA = 69,836.40 / (672.56 + 1881.6) TA = 69,836.40 / 2554.16 TA = 29.79 minutos.

Calculando las emboladas de atraso. Debido a que en el equipo de características mecánicas no se pueden promediar las emboladas de las dos bombas, porque estas son de diferentes características hidráulicas, se procede a trabajar por cualquiera de los dos selectores. Procedimiento 1. Emboladas de atraso con bomba 1. EA = TA * Vb EA = 29.79 * 80 EA = 2382.4 emboladas. Emboladas de atraso con bomba 2. EA = TA * Vb EA = 29.79 * 70 EA = 2084.6 emboladas de atraso. Esto quiere decir, que si se trabaja con el selector de la bomba número 1; las emboladas de atraso deberán de contabilizarse en un total de 2382.4 Si por el contrario, la operación se realiza con el selector de la bomba número 2, las emboladas de atraso serán 2084.6

Procedimiento 2. Para este procedimiento, se analiza el efecto que causa el desplazamiento de una bomba con relación a la otra, es decir, cual es la diferencia entre el volumen empujado por la bomba número 1 y la bomba número 2. Desplazamiento de las bombas. Bomba 1

De = 8.407 litros por embolada Vb = 80 emboladas por minuto.

Bomba 2

De = 26.88 litros por embo lada. Vb = 70 emboladas por minuto.

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Relación de velocidad de bombeo (Vb). Relación 1

R1 = 70/80 = 0.875

Esto quiere decir que cuando la bomba No. 1 efectúa un movimiento completo de sus pistones, la bomba No. 2 apenas ha tenido el 87.5 % de su despl azamiento, por tanto, afectará fuertemente si se ponen en paralelo con velocidades iguales. Para este caso, hay que compensar este desplazamiento con el resultado obtenido de la relación calculada.

Bomba 2

Desplazamiento paralelo = De * R1 Desplazamiento paralelo = 26.88 * 0.875 Desplazamiento paralelo = 23.52 litros por embolada.

Suma de desplazamientos para bombas en paralelo. Bomba 1

De = 8.407 litros por embolada

Desplazamiento de bomba 2 por relación de velocidades Bomba 2 Desplazamiento total.

De = 23.52 litros por embolada. DeT = 8.407 + 23.52 = 31.98 litros por embolada.

Emboladas de atraso con el selector de la bomba No. 1 EA = VaT / De EA = 69,836.40 / 31.93 EA = 2187 emboladas de atraso. Calculando el tiempo de atraso con la velocidad de bombeo de la bomba número1 TA = EA / Vb = 2187 / 80 = 27.34 minutos. Para el cálculo de las emboladas de atraso (EA) con la relación de la bomba No. 2, invertir el procedimiento de la relación y seguir los mi smos pasos. Relación 2

R2 = 80 / 70 = 1.142. Desplazamiento paralelo = De * R2 Desplazamiento paralelo = 8.407 * 1.142 Desplazamiento paralelo = 9.60 litros por embolada

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Suma de desplazamiento para bombeo en paralelo. Bomba 2

De = 26.88 litros por embolada.

Desplazamiento bomba 2 por relación de velocidades Bomba 1 Desplazamiento total

De = 9.60 litros por embolada DeT = 26.88 + 9.60 = 36.84 litros por embolada.

Emboladas de atraso con el selector de la bomba No .2 EA = VaT / De EA = 69,836.40 / 36.48 EA = 1914.37 emboladas de atraso. Calculando el tiempo de atraso con la velocidad de bombeo de la bomba 2 TA = EA / Vb TA = 1914.37 / 70 TA = 27.35 minutos. Aplicando cualquiera de los dos métodos se obtienen los mismos resultados, por tanto, el que mas se facilite puede ponerse en uso.

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17. Ejemplo de un diseño hidráulico y su tiempo de atraso.

Tuberías que forman las secciones. Ver anexos 19.6, 19.7, 19.8 y 19.10 (Anexos 19.6, 19.7,19.8 y 19.10)

Secciones y longitudes

Sección 1.

TR 13 3/8” x 12.715” TP 5” x 4.276” Longitud 2500 m

2500 m

Sección 2

350 m

Sección 3

350 m

2500 m Linner 9 5/8” x 9.063” TP 5” x 4.276” Longitud 350 m 2850 m Liner 9 5/8” x 9.063” HW 5” x 3” Longitud 350 m 3200 m

Sección 4

Sección 5

Agujero 8 ½ HW 5” x 3” Long. 100 m

100 m

3300 m

Agujero 8 ½” DC 6” x 2.25” Longitud 200 m

200 m PROF.

3500

3500 m

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17.1. Cálculo del volumen anular para cada sección Sección 1.

Va1 = 0.506(D² – d²) L1 Va1 = 0.506(12.715² – 5²) 2500 Va1 = 173,128.27 litros

Sección 2.

Va2 = 0.506(D² – d²) L2 Va2 = 0.506(9.063² – 5²) 350 Va2 = 10,133.13 litros

Sección 3

Va3 = 0.506(D² – d²) L3 Va3 = 0.506(9.063² – 5²) 350 Va3 = 10,133.13 litros

Sección 4

Va4 = 0.506(D² – d²) L4 Va4 = 0.506(8.5² – 5²) 100 Va4 = 2394.16 litros

Sección 5

Va5 = 0.506(D² – d²) L5 Va5 = 0.506(8.5² – 6²) 200 Va5 = 2356.15 litros

17.2. Calcular el Volumen Anular Total (VaT) del pozo

VaT = Va1 + Va2 + Va3 + Va4 + Va5 VaT = 173,128.13 + 10,133.13 + 10,133.13 + 2,394.1 6 + 2356.15 VaT = 198,144.70 litros

17.3. Calcula el desplazamiento (De) y gasto (G) de la bomba con los datos del cuadro (anexo 19.3)

Tipo de bomba

Datos de la bomba Diámetro de la Longitud del Eficiencia camisa (D) vástago (L) volumétrica (%)

Velocidad de bombeo (Vb)

Triplex de simple acción

5 ½ pulgadas

120 Emb/min

8 pulgadas

90 %

JBGO Desplazamiento (De) de la bomba. De = 0.0386 (D² L ) 0.90 = litros por embolada. De = 0.0386 ( 5.5² * 8) 0.90 De = 8.407 litros por embolada.

Gasto (G) de la bomba. G = De * Vb = litros por minuto G = 80.407 * 120 G = 1008.85 litros por minuto.

17.4. Calcular el tiempo de atraso (TA). TA = VaT / G TA = 198,144.70 / 1008.85 TA = 196.41 minutos

17.5. Calcular la Emboladas de Atraso ( EA). EA = TA * Vb EA = 196.41 * 120 EA = 23,568.78 Emboladas de atraso.

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18. Técnicas especiales para calcular el tiempo de atraso.

En la búsqueda de hidrocarburos en zonas marinas con tirantes de agua cada vez mas profundo, se hace necesario tener un sistema mas sofisticado y efectivo de levantamiento de recortes en las secciones de mas baja velocidad anular. Mientras mas profundo está el lecho marino, se deben usar conductores de mas longitud, y mejor diseño., con accesorios mas sofisticados para resistir las corrientes marinas. Al mismo tiempo, proporcionar la forma de recuperar las muestras perforadas sin contaminación y acorde con el volumen anular desplazado desde el fondo del agujero. La caída mas brusca de la velocidad anular se lleva acabo cuando el lodo que transporta los recortes llega al tubo conductor o Risser. El problema no sería en absoluto importante si se tuviera conductores de menos de 200 m de largos; pero con equipos semisumergibles, las profundi dades de los tirantes de agua sobrepasan en ocasiones los 550 m y a esta longitud, los recortes cada vez se van quedando estancados por la baja velocidad anular de ascenso que registran en este intervalo en contra de su velocidad de caída que en ocasiones casi es igual o se encuentra próxima a la velocidad mínima permisible. El aglutinamiento y la contaminación de las muestras en los conductores largos sería muy difícil de evitar, si no se contara con un sistema eficiente de bombeo alterno para ayudar a los recortes a salir a una velocidad óptima. Los equipos de perforación diseñados para tirantes profundos, tienen un sistema de bombeo alterno para levantar el lodo de una manera rápida pero sin causar turbulencia.

JBGO Generalmente se cuenta con tres o cuatro bombas y dos Stand Pipes activos. El Stand Pipe No. 1 sirve de entrada normal al ciclo del fluido de perforación para bombearse a través de la tubería hasta la barrena y levantar los recortes desde esta hasta la línea de preventores submarinos. El Stand Pipe No. 2 est{a acoplado a una línea pegada al tubo conductor y llega hasta los preventores de donde, por medio de una válvula de control, permite la entrada d el lodo bombeado con una o dos de las bombas adicionales para darle al flujo, la velocidad que pierde por el cambio de diámetros. Todas las tuberías de revestimiento quedan asentadas a nivel del fondo del mar y los preventores sobre ellas. A partir de esta sección, el agujero se hace cada vez mas reducido desde el lecho marino hacia abajo y desde este hacia arriba permanece constante; por tanto, mientras mas se reduce la parte inferior, menos lodo se necesita para alcanzar la velocidad óptima de subida, sin llegar a generar flujo turbulento. Para mantener, no la velocidad óptima en el conductor, sino una velocidad razonablemente buena; se bombea lodo adicional equivalente a las necesidades de velocidad calculadas, a través del Stand Pipe No .2 desde el f ondo marino; ayudando al flujo que viene de la barrena para que no pierda su velocidad y los cortes no se concentren. La situación es mas critica en las etapas finales del pozo. La disminución constante de los diámetros de las tuberías de revestimiento y linners usados para proteger el agujero, crea cada vez más la necesidad de aminorar la cantidad de lodo bombeado por el interior de la tubería de perforación. Esto hace que en el espacio interior del tubo conductor o Risser, los recortes viajen cada vez más lento acumulándose en anillos concéntricos y su velocidad de caída sea más alta o igual a la velocidad de ascenso.

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18.1. Esquema de un sistema de bombeo submarino

Dimensiones del sistema de flujo

Línea de flujo adicional Fondo - Superficie

Risser 22” x 20” Longitud 500 m Longitud del fondo marino a la superficie

500 m

Preventores submarinos 500 m

T.R. 10 ¾” x 10.192” TP 5” x 4.257” Longitud 2100 m Tuberías revestidoras cementadas

2100 m

2600 m Agujero 8 ½” T.P. 5”x4.257” Long. 300m Agujero descubierto.

700 m

Ag. 8 ½” y HW 4 ½”x2 ½” Longitud 300 m Ag. 8 ½” y DC 5 ½” x 2 ¼” Longitud 100 m. 3300 m

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18.2. Cálculo del tiempo de atraso con este tipo de diseño.

Volumen anular de cada sección Risser 22” x 20” T.P. 5” x 4.257” Longitud 500 m Sección 1

500 m

Va1 = 0.5067(20² –- 5² )500 Va1 = 95006.25 litros

T.R. 10 ¾” x 10.192” TP 5” x 4.257” Longitud 2100 m

Va2 = 0.5067 (10.192² – 5²) 2100 Va2 = 83930.50 litros.

Sección 2

2100 m

Sección 3

250 m

Agujero 8 ½” , TP 5” x 4.257” , Longitud 250 m Va3 = 0.5067(8.5² – 5²) 250 = 5985.39 litros

Sección 4

300 m

Agujero 8 ½” y HW 5” x 2 ½” Longitud 300 m Va4 = 0.5067(8.5² – 5²) 300 = 7182.47 litros

Sección 5

150 m

Ag. 8 ½” y DC 6” x 2 ¼” Longitud 150 m. Va5 = 0.5067 (8.5² – 6²) 150 = 2755.18 litros

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Lo siguiente es conocer el Volumen anular Total ( VaT) del pozo. VaT = Va1 + Va2 + Va3 + Va4 + V5 VaT = 95006.25 + 83930.50 + 5985.39 + 7182.47 + 2755.18 VaT = 194859.79 litros.



Con los datos del siguiente cuadro, calcular el gasto de la bomba.

Datos de las bombas Diámetro de la Longitud del Eficiencia Tipo de bombas camisa (D) vástago (L) volumétrica (%) 2 Triplex de 5 ½ pulgadas 8 pulgadas 90% simple acción

Velocidad de bombeo (Vb) 90 emboladas por minuto cada una.

Desplazamiento de la bomba 1 De1 = 0.0386 (D² L ) 0.90 = litros por embolada De1 = 0.0386 (5.5² * 8 ) 0.90 De1 = 8.407 litros por embolada Desplazamiento de la bomba 2 De2 = 0.0386 (D² L ) 0.90 = litros por embolada De2 = 0.0386 (5.5² * 8 ) 0.90 De2 = 8.407 litros por embolada Desplazamiento de las dos bombas j untas. De = De1 + De2 De = 8.407 + 8.407 De = 16.814 litros por embolada Gasto de las dos bombas juntas G = De * Vb G = 16.814 * 90 G = 1513.26 litros por minuto con ambas bombas. Cálculo del tiempo de atraso. TA = VaT / G TA = 194859.79 / 1513.26 TA = 128.77 minutos

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18.3. Comprobación del Tiempo de Atraso con el método de Velocidad Anular .

Velocidad anular

VeA = G / Ca VeA = G / (D² – d²) 0.5067 G = gasto en l/min Ca = Capacidad anular en l/m VeA = Velocidad anular en m/min.

Velocidad anular Sección 1 VeA1 = G / ((D² – d²) 0.5067) VeA1 = 1513.26 / ((20² – 5²) 0.5067) VeA1 = 7.964 metros por minuto. Velocidad anular sección 2 VeA2 = G / ((D² – d²) 0.5067) VeA2 = 1513.26 / ((10.192² – 5²) 0.5067) VeA2 = 37.86 metros por minuto. Velocidad anular sección 3 VeA3 = G / ((D² – d²) 0.5067) VeA3 = 1513.26 / ((8.5² – 5²) 0.5067) VeA3 = 63.21 metros por minuto. Velocidad anular sección 4 VeA4 = G / ((D² – d²) 0.5067) VeA4 = 1513.26 / ((8.5² – 5²) 0.5067) VeA4 = 63.21 metros por minuto. Velocidad anular sección 5 VeA5 = G / ((D² – d²) 0.5067) VeA5 = 1513.26 / ((8.5² – 6²) 0.5067) VeA5 = 82.38 metros por minuto. Calcular el Tiempote Atraso (TA) por el método de velocidad anular para cada sección. Sección 1 Sección 2 Sección 3 Sección 4 Sección 5

TA1 = L / VeA1 = 500 m / 7.964 m/min = 62.78 min. TA2 = L / VeA2 = 2100 m / 37.86 m/min = 55.46 min. TA3 = L / VeA3 = 250 m / 63.21 m/min = 3.95 min. TA4 = L / VeA4 = 300 m / 63.21 m/min = 4.75 min. TA5 = L / VeA5 = 150 m / 82.38 m/min = 1.82 min.

Calcular el Tiempo de Atraso (TA) de toda la sección. TA = TA1 + TA2 + TA3 + TA4 + TA5 TA = 62.78 + 55.46 + 3.95 + 4.75 + 1.82 TA = 128.78 minutos.

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Como se puede observar, la velocidad en el espacio anular existente en la primera sección es de apenas 7.964 metros por cada minuto de circulación (26 pies/min). Con esta velocidad de ascenso, los cortes se aglomeran en anillos concéntri cos y se mezclan contaminándose. Por esta causa, desde el fondo marino, hasta la superficie, se utiliza una tercera bomba para levantar el volumen del lodo con mayor eficiencia. Esta bomba no es contabilizada por el sistema de monitoreo automatizado, por lo tanto, hay la necesidad de eliminar sus efectos. En primer lugar, lo deseable es que la velocidad de ascenso no disminuya en el espacio anular mayor; es decir, que conserve la misma velocidad que trae al llegar al fondo marino. Tomando en cuenta el diseño de la figura adjunta; la velocidad de ascenso en la última tubería revestidora es de 37.86 m/min. Si se desea que la muestra siga subiendo a la misma velocidad, se debe calcular el gasto necesario con el que debe ser operada la bomba No. 3, tomando en consideración la diferencia de diámetros. El problema se resuelve con los pasos siguientes. Paso 1. Calcular la capacidad anular del agujero que corresponde a la diferencia de diámetros entre el Conducto o Risser y el diámetro interior de la última tubería revestidora (T.R.), cuando se desee que la velocidad de subida en este espacio sea igual a la del espacio revestido.

20”

Volumen a levantar Con la bomba 3

Ca = (D² – d²) 0.5067 Ca = (20² – 10.192²) 0.5067 Ca = 150 litros por metro Paso 2. Calcular el gasto necesario para una velocidad anular (Va) de 37.86 m/min que es igual a la del flujo de salida normal.

Fondo marino

G = VeA * Ca G = 37.86 m/min * 150 l/m G = 5678 l/min. Volumen levantado en

Paso 3. Calcular la velocidad de bombeo que Condición normal proporcione un gasto de 5678 l/min si se tiene disponible una bomba duplex con u n desplazamiento de 47.94 l /emb (Anexo 19.2) Vb = G / De = (5678 l/min) / (47.94 l/emb) Vb = 118.4 Emb/min

10.192”

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Resultado: Para que la velocidad de salida de la muestra en el conductor o Risser sea igual a la que tiene cuando vie ne en la tubería de revestimiento, debe mantenerse una velocidad de bombeo de 118.4 emboladas por minuto para que proporcione un gasto de 5678 litros por minuto, con una bombade las especificaciones mencionadas en el anexo 19.2 De ser necesario, pueden oc uparse dos bombas en paralelo para esta operación y así disminuir la fatiga de una sola al operar a tan altas velocidades.

Paso 4. Calcular el tiempo de atraso de la sección 1 (TA1) correspondiente a esta parte del agujero sin tomar en cuenta el bombeo s uministrado en el fondo marino con los datos de la figura de la página 58. TA1 = L / ( G / (0.5067 (D² – d² ))) TA1 = 500 m / (1513.26 l/min / (0.5067 (10.192² – 5² ))) TA1 = 13.20 minutos.

Este tiempo de atraso corresponde a la sección excedente del di ámetro del Risser en relación al diámetro de la tubería de revestimiento del diseño; y que será bombeado con una o dos bombas extras desde el fondo marino.

Paso 5. Calcular el tiempo de atraso (TA) total del pozo sustituyendo el TA1 calculado en la página 57 TA = TA1 + TA2 + TA3 + TA4 + TA5 TA = 13.20 + 55.46 + 3.95 + 4.75 + 1.82 TA = 79.18 minutos.

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19. Anexos Anexo 19.1. Tablas de conversión del Sistema Internacional (métrico) al Sistema Ingles e Ingles al SI . Unidad Metro Metro Centímetro Milímetro Milla Pie Pulgada Pulgada Yarda Metro cuadrado Centímetro cuadrado Milímetro cuadrado Acre Pie cuadrado Pulgada cuadrada Pulgada cuadrada Yarda cuadrada Barriles Barriles Galon (U.S) Metro cúbico Metro cúbico Centímetros cúbicos Centímetros cúbicos Centímetros cúbicos Pie cúbico Pie cúbico Pie cúbico Pie cúbico Pie cúbico Pulgada cúbica Pulgada cúbica Pulgada cúbica Pulgada cúbica Pulgada cúbica Pulgada cúbica Galones Galones Galones Galones Galones

Símbolo Multiplicado por U n i d a d e s d e l o n m 3.281 m 39.37 cm 0.3937 mm 0.03937 mi 1609.34 pie, ft 0.305 plg, In 2.547 plg, In 25.47 yd 0.9144 U n i d a d e s d e á m² 10.76392 2 cm 0.155 2 mm 0.001550 acre 0.4047 2 2 0.092903 pie , ft 2 2 plg , In 6.4516 2 2 plg , In 645.16 yd² 0.8361 U n i d a d e s d e v o l bl 42 bl 158.5 gal 3.785412 m³ 1.307950 m³ 264.2 -5 cm³ 3.531 x 10 cm³ 0.06102 -4 cm³ 2.642 x 10 3 3 pie , ft 28320 3 3 pie , ft 1728 3 3 pie , ft 0.02832 3 3 pie , ft 7.48 3 3 pie , ft 28.32 plg³ , in³ 16.39 -4 plg³ , in³ 5.787 x 10 -5 plg³ , in³ 1.639 x 10 -3 plg³ , in³ 4.329 x 10 plg³ , in³ 0.01639 6 plg³ , in³ 10 gal 0.0238 gal 0.1337 gal 231 -3 gal 3.785 x 10 gal 3.785

Unidad g i t u d . Pie Pulgadas Pulgadas Pulgadas Kilómetro Metro Centímetro Milímetro metro r e a . Pie cuadrado Pulgada cuadrada Pulgada cuadrada hectárea Metro cuadrado Centímetro cuadrado Milímetro cuadrado Metro cuadrado u m e n . galones Litros litro Yarda cúbica Pie cúbico Pie cúbico Pulgada cúbica Galones Centímetros cúbicos Pulgadas cúbicas Metro cúbico Galones Litros Centímetros cúbicos Pie cúbico Metro cúbico Galones Litros Centímetros cúbicos Barriles Pie cúbico Pulgadas cúbicas Metros cúbicos Litros

Se convierte a pie, ft plg, In plg, In plg, In km m cm mm m pie2, ft 2 2 plg , In 2 2 plg , In ha m² cm³ mm² m² 2

gal l l 3 yd 3 3 pie , ft 3 3 pie , ft plg³ , in³ gl cm³ plg³ , in³ m³ gal l cm³ pie³ , ft³ m³ gl l cm³ bl pie³ , ft³ plg³ , in³ m³ l

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Anexo 19.2 Desplazamiento de bombas duplex de doble acción al 90% de eficiencia volumétrica. Diam. Pist.

Long. carrera 16” 18” 16” 18” 16” 18” 16” 18” 16” 18” 16” 18” 16” 18” 16” 18”

5” 5 ½” 6” 6 ¼” 7” 7 ¼” 7 ½” 7 ¾”

De = 0.0068((2D² - d²) L)0.90 = gal/emb Diámetros de vástago 2 ¼” 2 ½” 2 ¾” 3” 3 ¼” 4.38 4.27 4.14 4.00 3.85 4.94 4.80 4.66 4.50 4.34 5.42 5.29 5.15 5.02 4.89 6.09 5.96 5.82 5.65 5.50 6.54 6.42 6.29 6.16 6.01 7.36 7.22 9.08 6.92 6.76 7.76 7.64 7.51 7.37 7.24 8.73 8.60 8.46 8.30 8.14 9.08 8.97 8.85 8.70 8.56 10.21 10.09 9.94 9.78 9.63 9.78 9.66 9.55 9.39 9.25 11.00 10.87 10.72 10.57 10.41 10.50 10.38 10.27 10.11 9.98 11.81 11.68 11.54 11.38 11.22 11.25 11.13 11.02 10.86 10.72 12.50 12.50 12.37 12.22 12.06

3 ½” 3.69 4.15 4.72 5.31 5.85 6.58 7.07 7.95 8.39 9.44 9.09 10.22 9.81 11.04 10.56 11.88

De = 0.02575((2D² - d²) L)0.90 = litros/emb. Diámetros de vástago 2 ¼” 2 ½” 2 ¾” 3” 3 ¼” 3 ½” 16.62 16.19 15.71 15.17 14.61 13.96 18.71 18.20 17.67 17.07 16.42 15.70 20.53 20.07 19.54 19.05 15.50 17.86 23.07 22.59 22.06 21.43 20.81 20.09 24.77 24.35 23.84 23.33 22.74 22.14 27.89 27.38 26.84 26.24 25.58 24.90 29.42 28.96 28.48 27.94 27.40 26.76 33.10 32.59 32.05 31.46 30.81 30.09 34.40 33.98 33.49 32.96 32.40 31.75 38.70 38.22 37.66 37.06 36.45 35.73 37.06 36.61 36.14 35.59 35.01 34.40 41.68 41.20 40.63 40.04 39.40 36.68 39.78 39.33 38.87 38.31 37.77 37.13 44.76 44.25 43.72 43.12 42.46 41.78 42.66 42.16 41.71 41.14 40.57 39.97 47.99 47.03 46.89 46.28 45.64 44.96

Anexo 19.3 Desplazamiento de bombas tri plex de simple acción al 100 y 90% de eficiencia volumétrica. Diam. del pistón en plg. 5”

5 ½”

5 ¾”

6”

6 ¼”

6 ½”

6 ¾”

7”

Longitud de carrera plg 6 8 10 12 6 8 10 12 6 8 10 12 6 8 10 12 6 8 10 12 6 8 10 12 6 8 10 12 6 8 10 12

De = (0.0386 * D² * L)Efic. = l/emb Eficiencia 100% Eficiencia100% 5.79 5.17 7.72 6.94 9.65 8.68 11.60 10.40 7.04 6.33 9.34 8.40 11.70 10.50 14.00 12.60 7.64 6.87 10.20 9.18 12.70 11.40 15.30 13.70 8.32 7.48 11.10 10.00 13.90 12.50 16.70 15.00 9.04 8.13 12.00 10.80 15.00 13.50 18.10 16.30 9.80 8.82 13.00 11.70 16.30 14.60 19.80 17.80 10.50 9.45 14.00 12.60 17.50 15.70 21.00 19.00 11.30 10.20 15.10 13.60 18.90 17.00 22.70 20.40

De = (0.0386 * D² * L) Efic. = gal/emb Eficiencia90% Eficiencia 90% 1.52 1.36 2.04 1.84 2.55 2.28 3.06 2.75 1.86 1.67 2.47 2.21 3.09 2.78 3.70 3.33 2.02 1.82 2.70 2.43 3.37 3.03 4.05 3.64 2.20 1.98 2.94 2.64 3.67 3.30 4.41 3.96 2.39 2.15 3.19 2.87 3.98 3.58 4.78 4.30 2.59 2.33 3.44 3.09 4.30 3.87 5.16 4.64 2.78 2.50 3.71 3.34 4.64 4.17 5.57 5.01 3.00 2.70 4.00 3.60 5.00 4.50 5.99 5.40

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Anexo 19.4 Presión máxima de descarga de bomba duplex de doble acción en PSI según su marca. Marca National Modelo K700 K700A N1300 N1600

HP Max. 700 700 1300 1600

EPM Max. 65 65 65 65

Carrena en plg 16 16 16 16

Vástago en plg. 2 7/8 2 7/8 3 1/8 3 3/8

5 ½” 2760

5 ¾” 2460 2460 4750

6” 2265 2265 4300 5440

6 ¼” 2065 2065 3915 4940

Camisa en pulgadas 6 ½” 7” 7 ¼” 1890 1740 1605 1890 1740 1605 3580 3290 3030 4505 4135 3810

7 ½” 1490 1490 2810 3515

7 ¾” 1385

Camisa en pulgadas 6 ½” 7” 7 ¼” 2635 2418 2229 2635 2418 2229 3706 3392 3123 3706 3392 3123 4530 4146 3817 4530 4146 3817

7 ½” 2068 2068 2880 2880 3520 3520

7 ¾” 1917 1917 2669 2669 3262 3262

Camisa en pulgadas 6 ½” 7” 7 ¼” 3560 3270 3010 4060 3790 3430 4380 4020 3700 3065 2820 2600

7 ½” 2790 3170 3410 2400

7 ¾” 2590 2940 3175 2230

8” 1290

1225

2079

1940

Marca Continental Emsco Modelo DC1000 D100 DC1350 D1350 DC1650 D1600

HP Max. 1000 1000 1350 1350 1650 1650

EPM Max. 60 60 60 60 60 60

Carrena en plg 18 18 18 18 18 18

Vástago en plg. 3 3 3½ 3½ 3½ 3½

5 ½”

5 ¾” 3480 3480

6” 3153 3153 4474 4474 5469 5469

6 ¼” 2871 2871 4058 4058 4960 4960

Marca Ideco Modelo MM1450F MM1625 MM1750F MM1250

HP Max. 1450 1625 1750 1250

EPM Max. 65 65 65 65

Carrena en plg 18 18 18 18

Vástago en plg. 3 1/8 3 3/8 3 3/8 3 1/8

6” 4270 4920 5000 3680

6 ¼” 3880 4800 3350

Anexo 19.5 Presión máxima de descarga de b omba triplex de doble acción en PSI según su marca. Marca Gardner – Denver Modelo PZ8 PZ9 PZ11

HP Max. 700 1000 1600

EPM Max. 165 150 130

Carrena en plg 8 9 11

4 5381

4½ 4238 5530

5 3433 4465

5½ 2843 3710 5595

Camisa en pulgadas 6 6¼ 6½ 2385 2200 3110 2875 2650 4702 1006

7 2285 3454

Marca Natinal Modelo 9P100 10P130 12P160

HP Max. 1000 1300 1600

EPM Max. 150 140 120

Carrena en plg 9½ 10 12

HP Max. 1300

EPM Max. 120

Carrena en plg 12

4½ 4830

4¾ 4360

5

5¼ 3955 5096

Camisa en pulgadas 5½ 5¾ 6 3605 3300 2760 4645 4250 3595 5555 5085 4305

6¼ 2760 3595 4305

6½

6¾

7

7¼

3980

3690

3430

3200

Camisa en pulgadas 5½ 5¾ 6 6¼ 4514 3793

6½ 3232

6¾

7 2787

7¼ 2824

Marca Ideco Modelo T1300

4½

4¾

5 5462

5¼

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Anexo 19.6 Datos de tuberías de perforación Diámetro Exterior en pulgadas 2 3/8 2 7/8 3½ 3½ 4 4½ 4½ 5 5 5½ 5½

Diámetro interior en pulgadas 1.815 2.150 2.764 2.602 3.340 3.826 3.640 4.276 4.214 4.778 4.670

Peso nominal en lb/pie 6.65 40.40 13.30 15.50 14.00 16.60 20.00 19.50 20.50 21.90 24.70

Capacidad interior en l/m 1.67 2.34 3.87 3.43 5.65 7.42 6.71 9.27 9.00 11.57 11.05

Desplazamiento en l/m 1.19 1.82 2.34 2.78 2.45 2.84 3.55 3.40 3.67 3.76 4.28

Anexo 19.7 Datos de tubería pesada HW (Heavy Weight) Diámetro Exterior en pulgadas 3½ 4 4½ 5

Diámetro interior en pulgadas 2.0625 2.25625 2.75 3.0

Peso nominal en lb/pie 25.3 29.7 41.0 49.3

Capacidad interior en l/m 2.155 2.579 3.832 4.5603

Desplazamiento en l/m 4.0516 5.527 6.428 8.1072

Anexo 19.8 Datos de tuberías extrapesada, herramienta o Drill Collar Diámetro Exterior en pulgadas 5 5½ 6 6 6¼ 7 7½ 8 8½ 9

Diámetro interior en pulgadas 1¾ 2¼ 2¼ 2¾ 2¾ 2¾ 3 3 3½ 3¾

Peso nominal en lb/pie 58.6 67.3 82.6 101.8 92.8 110.8 126.0 147.0 160.3 178.7

Capacidad interior en l/m 1.5517 2.565 2.565 3.8319 3.8319 3.8319 4.5603 4.5306 6.20707 7.1254

Desplazamiento en l/m 11.1157 12.76 15.676 14.409 15.96 20.99 23.94 27.86 32.05 33.91

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Anexo 19.9

Marca

Código

Hughes Industrial Reed Rock Bit Security Smith Varel Walter Cristal DBS Diamax Slimdril

111 117 116 116 125S 114 127 447X S35 CB601 H-201 ND-3

Principales tipos de barrena y marcas Modelo Rango de Carga Tipo de roca que corta trabajo óptima 3 – 26 80 – 150 rpm 2 a 4 ton Suaves y plásticas ATM-G1 80 – 300 rpm 2 a 5 ton Suaves y arenosas HP-1T 80 – 180 rpm 1 a 5 ton Suaves SS! 70 – 150 rpm 2 a 5 ton Suaves y arena suelta SS33GF 50 – 175 rpm 2 a 4 ton Rocas de dureza media SDS 80 – 200 rpm 2 a 5 ton Suaves y semiduras L127 60 – 250 rpm 2 a 4 ton Rocas de dureza media 51SF 80 – 140 rpm 2 a 5 ton Rocas compactas M315 100 – 400 rpm 2 a 3 ton Rocas de dureza media D9XD 80 – 150 rpm 0.5 a 2 ton Extremadamente duras 08R0 200 + rpm 10 a 45 ton Muy duras y abrasivas D8X9 80 – 1000 rpm 0.5 a 3 ton En extremo abrasivas

Anexo 19.10

API diámetro exterior (D) en plg. 4½ 5 5½ 5¾ 6 7 7 5/8 8 9 5/8 10 ¾ 13 3/8 16 18 5/8 20 21 ½ 24

Especificaciones de tuberías revestidotas (TR) Diámetro interior (d) Peso nominal en Capacidad interior en plg. lb/pie en l/m 4.090 9.50 8.475 4.560 11.50 10.532 4.892 17.00 12.126 5.090 14.00 13.127 5.240 23.00 13.913 6.538 17.00 21.659 7.125 20.00 25.723 7.485 28.00 28.388 9.063 29.30 41.620 10.192 32.75 52.634 12.715 48.00 81.918 15.375 55.00 119.78 17.855 78.00 161.536 19.124 94.00 185.314 20.710 92.50 217.325 23.00 125.00 268.04

NOTA: Estos diámetros son los mas comunes, pero se fabrican en casi todas las medidas intermedias de cada grupo .

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20. Bibliografía. Core lab

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Norton J. Lapeyrouse

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Manual Básico de Capacitación. Boletín No. 1

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Producction

Revista

Capacities.

and

informativa

de

International

JBGO 21. Ejemplos de datos de bombas.

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