“AÑO DE LA PROMOCION DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y COMPROMISO CLIMATICO”

Integrantes (COMPLETACION):

Leyton Juárez Juan Diego Garcia Delfin Hans Gamarra Zegarra Oscar Manuel Garcia Sosa Jose Ricardo Gutierrez Delgado Estiben

Facultad: Ingeniería de Minas

Especialidad/Escuela: Ingeniería de Petróleo

Profesor: Ing. Juan Carlos Aliaga

Trabajo: “Casing y Diseño de Cementacion”

Ciclo: Ciclo verano

CASING Y DISEÑO DE CEMENTACION

Durante la construcción de un pozo de petróleo los procesos de revestimiento y cementación son de vital importancia para el mismo, dado que una deficiente selección y fallas en los cálculos traerían drásticas consecuencias; tales como incremento de los costos, riesgo de pérdida del pozo, riesgos hacia el ambiente y a la seguridad. Por tal motivo al momento de diseñar el revestimiento y cementar un pozo petrolero se deben tomar en cuenta las nuevas técnicas, así como las mejores prácticas operacionales dirigidas hacia ambos procesos.

El diseño óptimo de un revestidor se asegura en la selección adecuada y económica de tuberías revestidoras, así como su duración y capacidad de resistencia a las condiciones a encontrar durante la perforación y vida útil del pozo.

Mientras que el programa de cementación debe diseñarse para obtener una buena cementación primaria. El trabajo debe aislar y prevenir la comunicación entre las formaciones cementadas y entre el hoyo abierto y las formaciones superficiales detrás del revestidor. Debe considerarse el no fracturar alrededor de la zapata del conductor o de la sarta de superficie durante las subsiguientes operaciones de perforación o cuando se corren las otras sartas de revestimiento.Parámetros que intervienen en el diseño de revestimiento.

Las funciones elementales de una tubería de revestimiento son:

a) Soporta las paredes del pozo y detiene las tendencias de derrumbes de las formaciones no consolidadas.

b) Evitar contaminación de agua superficial.

c) Evita el escape de los fluidos de la formación a través del pozo de un estrato a otro.

d) Sirve de punto de apoyo del equipo de trabajo.

El número de sartas de revestimiento que pueden introducirse en un pozo depende de las presiones que se esperan en el subsuelo. Generalmente se usan de dos a tres tipos de revestimiento más un tubo protector en la parte más superficial. Estas tuberías se les conoce como:

a) Tubo Conductor o Protector

b) Revestimiento Superficial

c) Revestimiento Intermedio

d) Revestimiento de Producción

Figura 1. Detalle de Revestimientos Colocados en un Pozo Petrolero (Fuente: Metodología para Analizar y Resolver Problemas de Perforación)

Para diseñar la tubería de revestimiento deben conocerse los esfuerzos a la cual estará sometida y las diferentes características del tipo de tubería a usarse.

Al introducir una tubería en el hueco, estará sometida simultáneamente a tres esfuerzos principales, los cuales son:

a) Esfuerzo a la Tensión, originado por el peso que ejerce la sarta.

b) Esfuerzo al Colapso, originado por la presión de la columna hidrostática ejercida hacia la tubería.

c) Esfuerzo al Estallido, originada por la presión del fluido en el interior de la tubería.

Habrá que tomar en cuenta además los factores de diseño, conocidos como factores de seguridad, y que varían según el área y el criterio del diseñador. Lo que se debe tener siempre en mente es que por lo menos el diseño sea seguro. El rango de valores usados en la industria como factores de diseño es:

• Para tensión de 1.6 a 2.0

• Para colapso de 1.1 a 1.33

• Para estallido de 1.0 a 1.25

Usar un factor para la tensión de 2.0 previene al diseñador de cualquier esfuerzo de tensión que se presenta en el momento de introducir la Tubería de Revestimiento.

Efecto de Flotación

Cuando se diseña por tensión, basado en el peso de la tubería en el aire, se desprecia el efecto de la flotación que ayuda con el peso de la tubería. La flotación reduce el peso de la tubería en un 15 al 17%, por consiguiente cualquier factor de diseño no es real, sin embargo, es más seguro. El factor de flotación está dado por:

F.F. = 1 - 0.015 x densidad del fluido

Parámetros que intervienen en el diseño de revestimiento. Entre los propósitos principales de la cementación se pueden mencionar los siguientes:

• Proteger y asegurar la tubería de revestimiento en el hoyo.

• Aislar zonas de diferentes fluidos.

• Aislar zonas de agua superficial y evitar la contaminación de las mismas por el fluido de perforación o por los fluidos del pozo.

• Evitar o resolver problemas de pérdida de circulación y pega de tuberías.

• Reparar pozos por problemas de canalización de fluidos.

• Reparar fugas en el revestidor.

PROBLEMAS

Problem 11_13: For a 16000ft string of 51/2 in., 20 lbs./ft. 0-75 casing, calculate the final hook load at the end of the cement job when 16 lbs./gal cement is in the annulus to the surface and a 10.5 lbs./gal mud is inside the casing. Traducción: Problema 11-13: Para una sarta de 16000 ft, de 51/2 in., 20 lb. /ft. 0-75 casing, Calcular la carga del gancho final al final de trabajo de cementación, cuando el cemento 16 libras. / Gal está en el espacio anular a la superficie y un lodo de 10,5 libras. / Gal está dentro del casing.

SOLUCION

A) Calculamos el string weight:

w s=16000∗20=320000 lb

B) Weight of mud: El peso de lodo desplazado es:

_ V lodo=3.14164

∗¿

_ Densidad=W lodo

V lodo

W lodo=2639.81∗10.5∗7.48=207330.67 lb W lodo=207330.67 lbs

C) Weight of cement:

W cemento=3.14164

∗4.7782∗16∗0.052∗16000=238685.75 lbs

W cemento=51335.25 lbs

Total buoyant Weight = string Weight + Weight of cement - Weight of mud

Total buoyant Weight = 320000 lb + 238685.75 lbs - 207330.67 lbs

Total buoyant Weight = 351 355.08 lbs.

PROBLEMA 11-14

A 5000 ft, 4 ½ in, 10.5 lbs/ft k-55 liner is run on 3 ½ in, 13 lbs/ft drill pipe. the liner top is at 12500 ft. calculate the maximum hook load in a 15 lbs/gln mud is the drill pipe and the liner filled with mud.

Data:

ФD.P = 4 ½”

ФLINER = 3 ½”

HD.P = 12500 ft HLINER = 5000 ft

Solution:

Para el drill pipe

12500 ft

5000 ft

4 ½”

3 ½”

Hallamos el peso de la tubería de revestimiento

W D. P=12500 ft x13lbsft

W D. P=162500 lbs

Para el liner

Hallamos el peso del liner

W LINER=5000 ft x 10.5lbsft

W LINER=52500 lbs

Luego, hallamos el factor de flotabilidad

B .F=1−ρLODO

ρACERO

B .F=1−15

lbgln

65.4lbgln

=0.7706

Finalmente, hook load of a mud, filled string in mud

W A=W DP+W LINER

W A=162500+52500

W A=215000 lb

Por lo tanto:

W B=W A x B .F

W B=215000 x 0.7706

W B=165679 lb

PROBLEMA 11-15

Calculate the weight of mud that will just balance the weight ( float) of 5000 ft string of a 10 ¾ in, 40.5 lbs/ft k-55 casing string is run emply (neglec air weight).

Data:

H = 5000 ft Фhueco = 10 ¾”

k-55 40 lbs/ft PCOLAPSO = 1580 psi W

lodo = ??

Solution:

Hallamos la ρLODO

PCOLAPSO=0.052x ρLODO xHxF .S

1580 psi=0.052 x ρLODO x5000 ftx1.125

ρLODO=5.4lbsgln

5000 ft

10 ¾”

Ahora hallamos el volumen del lodo

V= πx D2 xH4

V=

πx (10.7512 )2

x 5000

4

V=3151.5 ft3

Por último, hallamos el WLODO

ρLODO=W LODO

V LODO

W LODO=3151.5 ft3 x5.4

lbsgln

x 7.48

W LODO=127295.38lbs

PROBLEMA 11-16

Calculate the bouyancy weight of a 9 5/8 in, 47 lbs/ft N-80 casing when 8.33 lbs/gln surfactant water just reaches the shoe and there is a 16.4 lbs/gln cement flush in the annulus.

Solution:

Hallamos la profundidad vertical

PCOLAPSO=0.052x ρf xH 4760=0.052 x16.4 xHx1.125 H=4961.43 ft

Calculamos el string weight:

w s=4961.43∗47=233187.21lbs

Weight of surfactant water: El peso del agua surfactante desplazado es:

N-80 47 lbs/ft

H

_ V agua=3.14164

∗¿

_ Densidad=W agua

V agua

W aguasurfactante=2506.89∗8.33∗7.48=156200.93lbs W aguasurfactante=156200.3 lbs

Weight of cement:

W cemento=3.14164

∗92∗16.4∗0.052∗4961.43=269172.06 lbs

W cemento=269172.06 lbs

Total buoyant Weight = string Weight + Weight of cement - Weight de agua surfactant

Total buoyant Weight = 233187.21lb + 269172.06 lbs - 156200.3 lbs

Total buoyant Weight = 346158.97 lbs.