1-. CAPACIDAD,
VOLUMEN Y DESPLAZAMIENTO
durante las operaciones de perforación es necesario manejar los cálculos diferentes que permiten obtener el comportamiento y calcular la volumetría sobre todo para efecto de fluidos de perforación.
Uno de los parámetros más importantes para calcular es la capacidad de un tanque de fluido, del pozo,
espacio anular o del interior de cualquier componente de la sarta de
perforación. Este valor representa el volumen que se puede contener si estuviese
completamente lleno al máximo volumen posible y es determinado generalmente en BARRILES bbl, GALONES gal o METROS CÚBICOS m3.
TAMBIÉN PRÁCTICAMENTE SE PUEDEN EXPRESAR EN BARRILES POR PIE O GALONES POR PIE PARA DE ESTA FORMA DE TERMINAR CUÁNTOS BARRILES EXISTEN CON RESPECTO A LA ALTURA DE UN TANQUE y en secciones de tubería y pozo, por tener un
área de la sección transversal que permanece constante con la altura, sus
capacidades pueden ser expresadas en relación con incrementos de altura, tales
como bbl/ft, bbl/in gal/ft.
Asi, suponiendo que un pozo de 8,5
pulgadas de diámetro que tiene una profundidad de 4.500 pies contiene 316 bbl
de fluido de perforación cuando está completamente lleno. Tiene una capacidad ede 316 bbl, este lleno o vacío. Esto también puede ser expresado como
una capacidad de 0,0702 bbl/pies (316
bbl / 4.500 pies).
una vez conocida la capacidad se puede estimar otro parámetro cómo es élEl volumen . Este representa la cantidad de fluido de
perforación contenido realmente en el interior de un tanque, pozo, espacio
anular, o dentro de una tubería o cualquier otro componente de la sarta, por
esta razón, si se conoce su capacidad vertical (bbl/pies o m3/m) y
la altura del nivel de fluido (en pies o m), entonces al multiplicar la
profundidad del fluido por la capacidad vertical se puede determinar el volumen
real (bbl o m3) de fluido dentro del recipiente. Por ejemplo, si se tiene un tanque
de fluido tiene una capacidad de 3,05 bbl/pulgadas, y una altura de fluido de
perforación de 56 pulgadas, su volumen de fluido será de 171 bbl. (3,05
bbl/pulg x 56 pulg).
Finalmente ya para efectos de posicionamiento de fluidos de manera dinámica o estática, se puede calcular el desplazamiento. Este valor representa el volumen de fluido de
perforación expulsado desde el pozo hacia la superficie una vez que es
introducida la sarta de perforación o la tubería de revestimiento dentro del
pozo, o el volumen de fluido requerido para llenar el pozo cuando la sarta de
perforación sea retirada del pozo. En términos generales, el volumen desplazado
es equivalente al volumen metálico que representa la sarta de perforación.
Por ejemplo, una tubería
de perforación de 14,0 lbs/pies con un OD (diámetro externo) de 4,0 pulgadas, desplaza
0,005 bbl/pies de fluido al ser introducida en el pozo. Si se introducen 1.000 pies
de tubería de perforación dentro del pozo, serán desplazados 5 bbl de fluido.
En cambio, cuando se saca del pozo una tubería de perforación del mismo tamaño,
el pozo debería tomar 5 bbl de fluido de perforación por cada 1.000 pies de
tubería sacada, para mantener el pozo lleno.
2-. CÁLCULO DE LA CAPACIDAD Y VOLUMEN DE TANQUES
2.1-. TANQUES RECTANGULARES
Para los tanques rectangulares como los
que se muestran en la Fig. Nº1, la capacidad puede ser calculada a partir de la
altura, el ancho y longitud de dicha estructura.
Donde:
Vol. Tanque: capacidad del tanque (bbl)
L: longitud del tanque (pies)
W: ancho del tanque (pies)
H: altura del tanque (pies)
M: altura del nivel de fluido (pies)
| La capacidad
de un tanque rectangular, se calcula de la siguiente manera: |
Vol. Tanque (bbl) = [ L (pies) x W (pies) x H (pies) ] /
5,615 (Ec-1)
Donde el volumen real de fluido de perforación contenido en el tanque,
puede ser calculado considerando la altura del fluido de perforación (M) y
viene expresado de la siguiente manera:
Vol. Tanque (bbl) = [ L (pies) x W (pies) x M (pies) ] /
5,615 (Ec-2)
2.2-. TANQUES CILÍNDRICOS VERTICALES
Los tanques cilíndricos en
posición vertical ilustrados en Fig. Nº.2, se usan generalmente para el almacenamiento
de fluidos de perforación en los patios de tanques de las plantas de mezclado
de las empresas de servicio encargadas de su formulación y manejo, así como
también son utilizados para almacenar material en polvo como es el caso de los
agentes densificantes como la barita o sulfato de bario.
Donde:
VCil: capacidad del tanque cilíndrico (bbl)
D: diámetro del cilindro (pies)
H: altura del cilindro (pies)
M: altura del nivel de material (pies)
|
|
La fórmula general para
calcular la capacidad de un tanque cilíndrico vertical es la siguiente:
VTanque .Cil
(bbl) = [ D2 (pies) x H (pies) ] / 7,143 (EC-3)
El volumen de fluido real
(VFluido) de un tanque cilíndrico vertical se calcula usando la altura de nivel (M) del
fluido de perforación.
VFluido .Cil
(bbl) = [ D2 (pies) x M (pies) ] / 7,143 (EC-4)
3-.
VOLUMEN DEL POZO
El volumen del pozo es
generalmente calculado con la sarta de perforación introducida dentro del pozo
(volumen con tubería), sin embargo, en los casos que se requiera determinar el
volumen del pozo sin tubería, es necesario utilizar la ecuación para un
recipiente cilíndrico vertical.
Un pozo se compone
generalmente de varios intervalos o secciones, definidas por variación de
diámetros más grandes cerca de la superficie, pasando progresivamente a
secciones más pequeñas a medida que la profundidad aumenta, lo que significa
que para obtener el volumen de fluido presente en el pozo, debe ser calculado individualmente el volumen de cada
intervalo y posteriormente estos deben ser sumados. El volumen de cada
sección sin tubería dentro del pozo, puede ser calculado a partir de la
ecuación usada para un cilindro:
VSección: [ D2Pozo x L] / 1029,4 (EC-5)
Donde:
DPozo: diámetro Interior (ID) de la tubería de
revestimiento, hoyo abierto. (pulgadas)
L: longitud del intervalo (pies)
3.2-. CAPACIDAD DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN O PORTAMECHAS
El volumen del pozo con la
sarta de perforación dentro del pozo, resulta de sumar el volumen dentro de la
sarta de perforación (capacidad) más el volumen anular entre la columna de
perforación y la tubería de revestimiento o el hoyo abierto.
La capacidad o el volumen
dentro de la sarta de perforación, expresado en bbl, puede ser determinado a
partir del diámetro interior de la tubería en pulgadas.
VTubería
(bbl): [ ID2Tubería (pulgadas) x L ] / 1029,4 (EC-6)
3.3-. VOLUMEN ANULAR
El volumen o la capacidad
anular se calculan restando las áreas de los dos círculos que define el espacio
anular tal como los muestra la Fig. Nº3. El volumen anular en bbl puede ser determinado
a partir del diámetro externo de la tubería (OD) y del diámetro interno de la
tubería de revestimiento (ID) o del hoyo abierto en pulgadas (DH).
VEspacio Anular
(bbl/ft) = [ ID2Pozo (pulg) – OD2 Tubería (pulg) ] x L / 1029,4
(EC-7)
Donde:
IDPozo: diámetro interior del hoyo abierto o la
tubería de revestimiento
ODTubería:
diámetro exterior de la tubería de perforación o de los portamechas
3.4-. DESPLAZAMIENTO
Se
puede estimar el desplazamiento de la sarta de perforación (VDespl.
Tubería) usando el OD y el ID de la tubería de perforación y los
portamechas.
V Despl. Tubería
(bbl) = [ OD2Tubería (pulgadas) – ID2Tubería (pulgadas) ] x L / 1029,4 (EC-8)
Donde:
ODTubería: diámetro exterior de la tubería
de perforación o los portamechas
IDTubería:
diámetro interior de la tubería de perforación o los portamechas
4-. CÁLCULO DEL
CAUDAL DE LA BOMBA
Las
bombas de taladro como son comúnmente denominadas en campo, están constituidas
por émbolos o pistones de “desplazamiento positivo” que se encargan de hacer
circular a presión el fluido de perforación durante las operaciones de
construcción de pozos. Algunas poseen dos o tres pistones que realizan un
movimiento de vaivén o emboladas dentro de las camisas o cilindros, donde un
ciclo de emboladas o vaivén completo constituye una carrera (stk - según el
inglés “stroke”).
A nivel de campo es común la aplicación de bombas
de tres pistones denominadas bombas triplex, sin embargo, en algunos sistemas
de circulación de equipos de perforación aún se pueden conseguir instaladas
bombas de dos pistones llamadas bombas dúplex. Para efectos de cálculos del
caudal de bomba, el cual se requiere para determinar tiempos de circulación del
fluido dentro del pozo, este puede ser fácilmente determinado en unidades bbl/stk
o gal/stk.
4.1-. BOMBAS
TRIPLEX DE FLUIDOS
En una
bomba triplex, sus pistones sólo funcionan durante la carrera de ida y tienen
generalmente pequeñas longitud de carreras (de 6 a 12 pulgadas), operando a
velocidades de circulación que varían de 60 a 120 stk/min y su caudal puede ser
determinado a través de la siguiente ecuación:
VCaudal de la
Bomba (bbl/stk) = [ ID2 Liner (pulg.) x L (pulg.) x Rend (decimal)
] / 4116 (EC-9)
Donde:
V Caudal
de la Bomba : caudal de la bomba/carrera
ID Liner:
ID del liner o camisa
L: longitud
de la carrera de la bomba
Rend:
Rendimiento o eficiencia de la bomba (decimal)
4.2-. BOMBAS DÚPLEX DE FLUIDO
Los émbolos de una bomba dúplex de lodo
funcionan en ambas direcciones, de manera que el cilindro trasero hace que el
vástago de la bomba se mueva a través de su volumen desplazado y ocupe parte
del mismo. La ecuación general para calcular el caudal de una bomba dúplex es
la siguiente:
VCaudal de la
Bomba (bbl/stk) = [2 x ID2 Liner – OD2 Vástago][
L x Rend] / 6174 (EC-10)
Donde:
VCaudal
de la Bomba: caudal de la bomba/carrera
ID Liner:
ID del liner o camisa (pulgadas)
ODVástago:
OD del vástago (pulgadas)
L: longitud
de la carrera de la bomba (pulgadas)
Rend: rendimiento
o eficiencia de la bomba (decimal)
5-. VELOCIDAD ANULAR
La velocidad anular (VA), es la
velocidad media a la cual un fluido fluye dentro de un espacio anular. Se
requiere una velocidad anular mínima del fluido de perforación para lograr la limpieza
efectiva del pozo y depende principalmente de la velocidad o tasa de penetración
ROP, el tamaño de los recortes o ripios, y de las propiedades reológicas del
fluido. Puede ser estimada mediante la siguiente ecuación, basándose en el
caudal de la bomba y el volumen anular del pozo:
VA (ft/min)
= VCaudal de la Bomba
(bbl/min) / VAn (bbl/ft) (EC-11)
VA (ft/min)
= [ VCaudal de la Bomba (bbl/min) x 1029,4 ] / ID2Pozo
(pulg.) – OD2Tubería (pulg.) (EC-12)
Donde:
IDPozo
: diámetro interno del hoyo abierto o la tubería de revestimiento (pulgadas)
ODTubería
: diámetro externo de la tubería de perforación o los portamechas (pulgadas)
6-. TIEMPOS DE CIRCULACIÓN
El tiempo de circulación total es el
tiempo (o número de carreras) requerido para que el fluido circule a partir de
la succión de la bomba, bajando por la columna de perforación, saliendo por la mecha,
subiendo de nuevo por el espacio anular hasta la superficie, pasando a través
de los tanques, y finalmente, regresando de nuevo a la succión de la bomba.
Este tiempo también se llama “tiempo de ciclo del lodo” y se calcula de la siguiente
manera:
Tiempo circulación
total (min) = VSistema
circulante (bbl) / VCaudal de la Bomba (bbl/min) (EC-13)
Donde:
VSistema
circulante: volumen total del sistema (activo) (bbl)
VCaudal
de la Bomba: caudal de la bomba (bbl/min)
Stk Circulación
total = Tiempo circulación total (min) x velocidad de bomba
(stk/min) (EC-14)
6.1-. TIEMPO DEL FONDO A SUPERFICIE
El tiempo del fondo a superficie (fondo-arriba),
es el tiempo (o STK) requeridos para que el fluido de perforación circule desde
la mecha ubicada al fondo del pozo hasta la superficie, subiendo por el espacio
anular, y puede ser calculado de la siguiente manera:
Tiempo Fondo-superficie
(min) = VEspacio Anular (bbl) / VCaudal de la Bomba (bbl/min) (EC-15)
Stk Fondo-superficie
= Tiempo Fondo-superficie (min)
x velocidad de bomba (stk/min) (EC-16)
A través de estas ecuaciones utilizadas
para la determinación del tiempo de circulación del fluido de perforación,
puede ser estimado el tiempo que tarda el fluido de perforación en recorrer
cualquier longitud en el interior de la sarta de perforación o sección de
espacio anular con tan solo conocer el volumen o capacidad del espacio por
donde se desplaza dicho fluido.
____________________________________
FUENTE:
VOLUMETRÍA E HIDRÁULICA DE
PERFORACIÓN
FUNDAUDO
