cálculos básicos de perforación petrolera

Escuela Militar de Ingeniería “Mcal. Antonio José de Sucre”

Perforación Petrolera II: Cálculos Básicos de Ingeniería de Pozos 1

1. Con los siguientes datos:

Casing CSG: 1600 [m] de Profundidad, 3

813 '' de Diámetro Interno ó 323 [mm]. Diámetro del Pozo (Trépano): 250.8 [mm] ó 7

89 '' . Tubería de Perforación T. P.: 4000 [m] de Profundidad, 5''de Diámetro Externo o 127 [mm] y 108.6 [mm] de Diámetro Interior. Drill Collar D. C.: 4200 [m] de Profundidad, 185 [mm] de Diámetro Externo y 72 [mm] de Diámetro Interno. Sistema de Superficie: 2 Piscinas, cada una de 4 [m] de Profundidad, 3 [m] de ancho y 10 [m] de largo. Cada una tiene 2.5 [m] de lodo con la Sarta de Perforación en el agujero. Lodo Base Agua: Gravedad específica de 1.50 ó su

equivalencia 31500 kgm

.

Bombas de Lodo Tríplex: 152.4 [mm] de Diámetro y

304.8 [mm] la Longitud de la Camisa, [ ]110 StkMin y una eficiencia del 90%.

a. Capacidad total del sistema de superficie en m3 y m3/m.

SOLUCIÓN

La Capacidad total del Sistema de Superficie CTotal en [m3] será:

( ) ( )2 2 3 10 4Total ncho argo rofundidadC A L P= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⇒ 3240TotalC m =

La Capacidad total del Sistema de Superficie CParcial en [m3/m] será:

240

4Total

Parcialrofundidad

CC

P= = ⇒

360Parcial

mC m =

b. El volumen total de lodo en el sistema de superficie en m3.

SOLUCIÓN

2.5 60Lodo Lodo ParcialV H C= ⋅ = ⋅ ⇒ 3150LodoV m =

c. El volumen total de lodo en el agujero sin la sarta de perforación en el agujero.

SOLUCIÓN

1000 [m]

2000 [m]

3000 [m]

4000 [m]

5000 [m]

1600 [m]

4200 [m]

DP

V1

V4

V3

D. C.

T. P.

CSG

V2

V4

V5 V5



El Volumen de Lodo contenido dentro de la Tubería de Revestimiento V1 será:

[ ] [ ]23

1 1273000CSG CSGDI mm L m

V m⋅

= = ∴

23

1

323 1600131.13

1273000V m

⋅ = =

El Volumen de Lodo contenido dentro del Agujero Abierto V2 será:

[ ] [ ]23

2 1273000P PD mm L m

V m⋅

= = ∴

23

1

250.8 2600128.47

1273000V m

⋅ = =

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

1 2 131.13 128.47LodoV V V= + = + ⇒ 3259.6LodoV m =

d. El volumen total de lodo en el agujero con la sarta de perforación en el agujero.

SOLUCIÓN

Según la gráfica:

[ ] [ ]2. . . . 3

1 1273000T P T PDI mm L m

V m⋅

= = ∴

23

1

108.6 400037.06

1273000V m

⋅ = =

[ ] [ ]2. . . . 3

2 1273000D C D CDI mm L m

V m⋅

= = ∴

23

2

72 2000.81

1273000V m

⋅ = =

[ ] [ ] [ ]2 2

. . 33 . .1273000

P D CD C

D mm DE mmV L m m

− = ⋅ = ∴

2 23

3

250.8 185200 4.50

1273000V m

− = ⋅ =

[ ] [ ] [ ]2 2

. . 34 1273000

P T PD mm DE mmV L m m

− = ⋅ = ∴

2 23

4

250.8 1272400 88.18

1273000V m

− = ⋅ =

[ ] [ ] [ ]2 2

. . 35 1273000

CSG T PCSG

DI mm DE mmV L m m

− = ⋅ = ∴

2 23

5

323 1271600 110.85

1273000V m

− = ⋅ =

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

1 2 3 4 5TotalV V V V V V= + + + +

37.06 0.81 4.50 88.18 110.85TotalV = + + + + ⇒ 3241.4TotalV m =

e. El volumen total de circulación del sistema.

SOLUCIÓN

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

150 241.4Circulación Lodo TotalV V V= + = + ⇒ 3391.4CirculaciónV m =

f. El tiempo total de circulación del ciclo de lodo (De superficie a fondo y de fondo a

superficie).



SOLUCIÓN El Caudal de la Bomba es:

[ ] [ ]2

424333Camisa

Bomba

D mm L mm LtQ Stkη⋅

= ⋅ =

∴

2152.4 304.80.9 15.01

424333BombaLtQ Stk

⋅ = ⋅ =

Entonces: 3

110 15.01 1651.1 1.6511Stk Lt Lt m

Min Stk Min Min

⋅ = =

Por tanto, el tiempo total de circulación del ciclo de lodo será:

[ ]3

3

1241.4

1.6511

Minm

m ⋅

⇒ [ ]146.2T Min=

g. La velocidad anular de cada intervalo.

SOLUCIÓN

Según la gráfica:

11

BombaQv

C= Donde:

331 9.265 10 mC m

− = ⋅

∴

3

31 3

1.6511

9.265 10

mMin

mm

v −

=⋅

⇒ 1 178.21 mv Min =

22

BombaQv

C= Donde:

332 4.05 10 mC m

− = ⋅

∴

3

32 3

1.6511

4.05 10

mMin

mm

v −

=⋅

⇒ 2 407.68 mv Min =

33

BombaQv

C= Donde:

3

3 0.0225 mC m =

∴

3

33

1.6511

0.0225

mMin

mm

v =

⇒ 3 73.38 mv Min =

44

BombaQv

C= Donde:

3

4 0.03674 mC m =

∴

3

34

1.6511

0.03674

mMin

mm

v =

⇒ 4 44.94 mv Min =

55

BombaQv

C= Donde:

3

5 0.06928 mC m =

∴

3

35

1.6511

0.06928

mMin

mm

v =

⇒ 5 23.83 mv Min =

h. La presión hidrostática en el fondo debido a la densidad del lodo de perforación.



SOLUCIÓN

[ ]10.2P

hH Bar

ρ ⋅= = Si: [ ]:

:

kgLt

h m

ρ

∴ 1.5 4200

10.2PH⋅=

⇒ [ ] [ ]617.65 8957.94PH Bar PSI= =

2. Calcular la presión hidrostática en PSI si: La densidad del fluido MW=1.15 g/cm3, la altura

H=10000 pies.

SOLUCIÓN

[ ]1.42PH h PSIρ= ⋅ ⋅ = Si: [ ]

3:

:

gcm

h m

ρ

Donde si: [ ] [ ]

[ ] [ ]1 30.48

10000 3048

ft cm

ft m

=

=

∴ [ ]1.42 1.15 3048 4977.38PH PSI= ⋅ ⋅ = ⇒ [ ]4977.4PH PSI=

3. Si la presión hidrostática es 12354 PSI, la densidad del fluido 10 LPG ¿Cuál es la

profundidad del pozo en pies?

SOLUCIÓN

[ ]0.052PH h PSIρ= ⋅ ⋅ = Si: [ ][ ]:

:

LPG

h ft

ρ

Entonces: 0.052

PHh

ρ=

⋅

∴ [ ]1235423757.69

0.052 10h ft= =

⋅ ⇒ [ ]23758h ft=

4. ¿Cuál es la densidad del fluido, si la profundidad del pozo es 9999 m y la presión

hidrostática es 19999 PSI?

SOLUCIÓN

[ ]0.052PH h PSIρ= ⋅ ⋅ = Si: [ ][ ]:

:

LPG

h ft

ρ

Entonces: 0.052

PH

hρ =

⋅

∴ [ ]1999911.72

0.052 32805.12LPGρ = =

⋅ ⇒ [ ]11.72 LPGρ =

5. Si las medidas de las camisas de una bomba tríplex son 6’’ de diámetro y 10’’ de longitud

¿Cuál será la capacidad de la bomba en Galones/Embolada considerando un 95% de eficiencia?

SOLUCIÓN 2

33

4

D L innQ Stkπ η⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ =

∴

233 6 10

0.95 805.824

innQ Stkπ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ =

Donde si:

[ ]

3 3

3

1 1728

1 7.48

ft inn

ft Gal

= =

⇒ 3.49 GalQ Emb =



6. ¿Qué peso de lodo se debe tener para mantener a los fluidos a una presión de 4300 PSI a una profundidad de 10000 pies? (Asuma un factor de seguridad de 200 PSI).

SOLUCIÓN

Por un lado sabemos que: Pero además:

P FH P P= + ∆ [ ]0.052PH h PSIρ= ⋅ ⋅ = Si: [ ][ ]:

:

LPG

h ft

ρ

4300 200PH = + ∴ [ ]45008.65

0.052 0.052 10000PH

LPGh

ρ = = =⋅ ⋅

∴ [ ]4500PH PSI= ⇒ [ ]8.65 LPGρ =

7. En el ejercicio 6. si después de 10 años la presión desciende a 2000 PSI ¿Cuál será la nueva

densidad del lodo?

SOLUCIÓN Por un lado sabemos que: Pero además:

P FH P P= + ∆ [ ]0.052PH h PSIρ= ⋅ ⋅ = Si: [ ][ ]:

:

LPG

h ft

ρ

2000 200PH = + ∴ [ ]22004.23

0.052 0.052 10000PH

LPGh

ρ = = =⋅ ⋅

∴ [ ]2200PH PSI= ⇒ [ ]4.23 LPGρ =

8. Se tiene un V1=5 m3con una densidad de 1.20 g/cm3, un V2=15 m3 con una densidad de

1.40 g/cm3. Determinar la densidad resultante.

SOLUCIÓN

( ) ( )1 1 2 21 2

1 2 1 2

FF

F

V Vm m m

V V V V V

ρ ρρ

⋅ + ⋅+= = =+ +

Donde: 3 3

3 3

1.20 1.20

1.40 1.40

g Tncm m

g Tncm m

=

=

∴ ( ) ( )

3

1.20 5 1.40 151.35

5 15FTn

mρ

⋅ + ⋅ = = + ⇒ 31.35F

gcm

ρ =

9. Describa los sistemas que conforman el equipo de perforación:

SOLUCIÓN

Un equipo moderno de perforación, consiste básicamente de 7 sistemas o componentes principales:

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

∗∗∗∗ Sistema de circulación del fluido de perforación.

∗∗∗∗ Sistema de movimiento de la sarta de perforación.

∗∗∗∗ Sistema de suministro de energía.



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

∗∗∗∗ Sistema de Izado o Izaje.

∗∗∗∗ Sistema de Resistencia.

10. ¿Cuál es la diferencia entre un lodo base agua (MWB) y un lodo base aceite (MOB)?

SOLUCIÓN

La diferencia principal entre este tipo de lodos, consiste básicamente en que en un lodo base agua

(MWB) la fase continua se encuentra formada aproximadamente por un 60% y 90% de agua; en cambio, en un lodo base aceite (MOB) esta misma fase se encuentra formada aproximadamente por un 40% al 70% de aceite.

Otras diferencias entre estos tipos de lodos se presentan también en la composición de la fase

discontinua; puesto que en un lodo base agua (MWB) los aditivos y polímeros integran aproximadamente el 7%, los sólidos un 27 % y los líquidos lubricantes un 3%; mientras que en un lodo base aceite (MOB) las salmueras ocupan entre el 10% al 20%, los aditivos alrededor del 6% y los sólidos aproximadamente entre un 15% y 30%.

11. Explique las principales funciones del fluido de perforación ¿Cuál es la más importante?

SOLUCIÓN

Existen muchas formas en las cuales el fluido de perforación ayuda a la operación, y de hecho, es un

elemento vital para la perforación exitosa de un pozo; ya que:

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

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

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

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

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