Tomo13 control de brotes

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Tomo13 control de brotes

  1. 1. Control de Brotes Control de BrotesÍNDICE PáginaI. DEFINICIONES 1II. CAUSAS Y ORIGEN DE UN BROTE 5 Densidad equivalente del lodo 5 Llenado insuficiente durante los viajes de tubería 5 Contaminación del lodo con gas 6 Pérdidas de circulación 6 Efecto de sondeo al sacar la tubería 6III. INDICADORES QUE ANTICIPAN UN BROTE 7 Indicadores al estar perforando 7 Indicador al sacar o meter tubería 7 Indicadores al sacar o meter herramienta 8 Indicadores sin tubería en el pozo 8IV. EQUIPOS Y SISTEMAS ARTIFICIALES DE SEGURIDAD Y CONTROL 8 Cabezal de tubería de revestimiento 8 Preventor anular 8 Preventor de arietes 9 Arreglos de preventores 9 Múltiple de estrangulación 11 Líneas de matar 12 Estranguladores variables 12 Válvula de seguridad de TP 12V. SISTEMA DE CONTROL DEL CONJUNTO DE PREVENTORES 12VI. PROCEDIMIENTOS DE CIERRE 13 Procedimiento de cierre al estar perforando 13 Procedimiento de cierre al viajar con TP 14 Procedimiento de cierre al sacar o meter herramientas (lastrabarrenas) 15 Procedimiento de cierre sin tubería dentro del pozo 15 1
  2. 2. Control de Brotes PáginaVII. COMPORTAMIENTO DEL FLUIDO INVASOR 15 Características del fluido invasor (gas) 15VIII. MÉTODOS DE CONTROL DE UN BROTE 16 Método del perforador 17 Método de densificar y esperar (del ingeniero) 18 Método concurrente 19IX. CONTROL DE POZOS EMPLEANDO EL EQUIPO SNUBBING 21 Usos del equipo snubbing 22 Con tubería fuera del pozo 23 Reventón subterráneo 23 Mantener el control en viajes 24 Perforando pozos 25 Pozos en producción 25 Control de pozos con unidades snubbing 25 Cierre del pozo 25 Pozo fluyendo 26X. PROBLEMAS COMUNES EN CONTROL DE BROTES 26 Estrangulador erosionado o tapado 26 Presiones excesivas en tuberías de revestimiento 26 Problemas de gas somero 27 Cuando la tubería no se encuentra en el fondo del pozo 27 Pozo sin tubería 27 Presiones excesivas en la tubería de perforación 27 Pérdida de circulación asociada a un brote 27XI. SIMULADOR DE BROTES 27XII. REVENTÓN EN EL SUR DE LOUISIANA, E.U.A. 28Preguntas y respuestasNomenclaturaReferencias2
  3. 3. Control de Brotes Control de BrotesI. DEFINICIONES Presión de formación: Es la presión de los fluidos contenidos dentro de los espacios porosos de unaTodo el personal que labora en las actividades de roca. También se le denomina presión de poro. Laperforación de pozos deberá contar con los cono- presión de formación se clasifica en:cimientos necesarios para interpretar los diversosprincipios, conceptos y procedimientos obligados ·Normalpara el control de un brote en un pozo. Por lo tanto ·Anormaliniciaremos con la definición de conceptos para estecapítulo: Las formaciones con presión normal son aquéllas que se controlan con densidades del orden del aguaBrote: Es la entrada de fluidos provenientes de la salada. Para conocer la “normalidad” y “anormali-formación al pozo, tales como aceite, gas, agua, o dad” de cierta área, se deberá establecer el gradienteuna mezcla de estos. del agua congénita de sus formaciones, confor- me al contenido de sus sales disueltas. Para la cos-Al ocurrir un brote, el pozo desaloja una gran canti- ta del Golfo de México se tiene un gradiente dedad de lodo de perforación, y si dicho brote no es 0.107 kg/cm2/m considerando agua congénita dedetectado, ni corregido a tiempo, se produce un re- 100, 000 ppm de cloruros.ventón o descontrol. Las formaciones con presión anormal pueden serDescontrol.- Se define como un brote de fluidos que de dos tipos: Subnormal es aquélla que se contro-no pueden manejarse a voluntad. la con una densidad menor que la de agua dulce, equivalente a un gradiente menor de 0.100 kg/cm2/Tipos de presión: Hidrostática (Ph). Se define m. Una posible explicación de la existencia de talescomo la presión que ejerce una columna de fluido presiones en formaciones, es considerar que el gasdebido a su densidad y altura vertical y se expresa y otros fluidos han migrado por fallas u otras víasen kg/ cm2 o lb/pg2. del yacimiento, causando su depresionamiento. Ph = Profundidad (m) x Densidad fluido (gr/cm3) El segundo tipo son formaciones con presión 10 anormalmente alta. La presión se encuentra por en-o bien cima de la considerada como presión normal. Las densidades para lograr el control de estas presio- Ph = Prof. (pies) x Densidad (lb/gal) x 0.052 nes equivalen a gradientes hasta 0.224 kg/cm2/m. Estas presiones se generan por la compresión quePara el caso de pozos direccionales se deberá de sufren los fluidos de la formación debido al peso detomar la profundidad vertical verdadera Hvv. los estratos superiores y se consideran formacio- nes selladas, de tal forma que los fluidos no puedenDensidad: Es la masa de un fluido por unidad de escapar hacia otras formaciones.volumen y se expresa en gr/cm3 o lb/gal. Para cálculos prácticos de control de pozos la pre-Gradiente de presión (Gp): Es la presión hidrostática sión de formación (Pf) puede calcularse con la pre-ejercida por un fluido de una densidad dada, ac- sión de cierre en la tubería de perforación (TP) y latuando sobre una columna de longitud unitaria. presión hidrostática en el fondo del pozo. 3
  4. 4. Control de Brotes Control de BrotesPf = PCTP + Ph Existen varios métodos para determinar el gradiente Bibliografía Simulation System de fractura que han sido propuestos por varios au- /www.digitranhg.comLa presión de formación también se calcula suman- tores como: Hubert y Willis, Mattews y Kelly, Eaton. Programa de capacitación WellCap Digitran, Inc. USAdo la presión de cierre en la tubería de revestimien- En la práctica, en el campo se determina en la “prue- Petróleos Mexicanos PEP - UPMPto (TR) y la presión hidrostática de los fluidos den- ba de goteo” que consiste en aplicar al agujero des- Certificado por IADC Control dinámico de reventonestro del pozo. cubierto inmediatamente después de perforar la za- Robert D. Grace Firefighting and Blowout Control pata, una presión hidráulica equivalente a la pre- L. William Abel, Joe R. Bowden, Sr. Bob CuddAlgunas formaciones están usualmente asociadas sión hidrostática con que se perforará la siguiente Patrrik J. Campbell Asociaciones Canadienses de Ingenierías y Contra-con gruesas capas de lutita arriba y debajo de una etapa sin que se observe abatimiento de presión en 1994, Wild Well Control, Inc. tistas de Perforación de Pozosformación porosa. Los métodos cuantitativos usa- 15 o 30 minutos. Traducción parcial:dos para determinar zonas de alta presión son: Procedimiento Detallado para el Control de Brotes M.en I. Filemón Ríos Chávez Presión de fondo en el pozo. Cuando se perfora se M. en I. Pedro J. Caudillo Márquez API American Petroleum Institute Revista Ingeniería Petrolera · Datos de sismología (Velan) impone presión en el fondo del agujero en todas Snubbing Guidelines · Parámetros de perforación direcciones. Esta presión es la resultante de una I. William Abel, P E. . Hydril es una marca registrada de Hydril Company · Registros geofísicos suma de presiones que son la hidráulica ejercida Wild Well Control Inc. de Houston, Texas; la cual es protegida por las leyes por el peso del lodo; la de cierre superficial en tu- de Estados Unidos de America, México y otros pai-Presión de sobrecarga: Es el peso de los materiales a bería de perforación (TP); la de cierre superficial en Aplied Drilling Engineering ses, parte del equipo aqui descrito es una invenciónuna profundidad determinada. Para la costa del Golfo tubería de revestimiento (TR); la caída de presión Adam T. Bourgoyne, Martin E. Chernevert de Hydril quien se reeserva todos los derechos de pro-de México se tiene calculado un gradiente de sobre- en el espacio anular por fricción; y las variaciones Keith K. Millheim, F.S. Young Jr. piedad de marca e intelectuales y no ha otorgado per- 2carga de 0.231 kg/cm /m (figura 1). Sin embargo, para de presión por movimiento de tuberías al meterlas SPE Textbook series Vol.2 miso o licencia alguna de ello a ninguna persona.casos particulares es conveniente su determinación o sacarlas (pistón/sondeo).ya que es muy frecuente encontrar variaciones muysignificativas. Las rocas del subsuelo promedian de Presión diferencial. Generalmente, el lodo de per- 32.16 a 2.64 gr/cm . En la gráfica siguiente se muestran foración tiene mayor densidad que los fluidos delas presiones de sobrecarga y la normal para el área un yacimiento. Sin embargo, cuando ocurre un bro-de la costa del Golfo de México. te, los fluidos que entran en el pozo causan un des- equilibrio entre el lodo no conta- 0 minado dentro de la tubería de 500 perforación y el contaminado en el espacio anular. Esto origina que 1000 la presión registrada al cerrar el 1500 pozo, por lo general sea mayor en el espacio anular que en el inte- PROFUNDIDAD EN METROS 2000 GRADIENTE DE PRESIÓN rior de TP La presión diferencial . TOTAL DE FORMACIÓN 2 0.231 kg/cm /m es la diferencia entre la presión 2500 hidrostática y la presión de fon- 3000 do. Es negativa si la presión de fondo es mayor que la 3500 hidrostática. Se dice que una pre- 4000 DENSIDAD DE LODO sión es positiva cuando la presión GRADIENTE DE PRESIÓN NORMAL DE FORMACIÓN 3 DE PERFORACIÓN ( gr/cm ) del yacimiento es mayor que la 4500 presión hidrostática y es negati- 5000 va cuando la presión hidrostática 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 es mayor que la del yacimiento. PRESIÓN (Kg/cm ) 2 La perforación de un pozo se des- Figura 1 Gradientes de formación. cribe como un sistema de vasos comunicantes tipo “U” (figura 2).Presión de Fractura. Es la que propicia una fallamecánica en una formación. Como consecuencia, Pérdidas de presión en el sistema. En un sistemagenera una pérdida de lodo durante la perforación. de circulación de lodo de perforación las pérdidas o4 33
  5. 5. Control de Brotes Control de Brotes3. Mencione los principales indicadores que antici- L Longitud (m) PTP Pea PTP II. CAUSAS Y ORIGEN DE UN BROTEpan un brote. Lb Longitud de burbuja m. Ldc Longitud de los lastrabarrenas (m) Durante las operaciones de perforación, se conser-Respuesta Ltp longitud de TP en pies va una presión hidrostática ligeramente mayor a la× Incremento del volumen en las presas Ne Número de emboladas de formación. De esta forma se previene el riesgo× Incremento de la velocidad de perforación PCTP Presión de cierre en TP kg/cm2 de que ocurra un brote. Sin embargo en ocasiones,× Incremento de la velocidad de bombeo PCTR Presión de cierre en TR kg/cm2 la presión de formación excederá la hidrostática y× Disminución de la presión de bombeo Pf Presión de formación kg/cm2 ocurrirá un brote, esto se puede originar por lo si- Pfb Presión final de bombeo kg/cm2 guiente:4. ¿Qué consideraciones se deben tomar para evi- Pfc Presión final de circulación kg/cm2tar una comunicacion del pozo a la superficie por Pg Presión del gas kg/cm2 PF · Densidad insuficiente del lodo PFfuera de las tuberías de revestimiento? Ph Presión hidrostática kg/cm2 · Llenado insuficiente durante los viajes Pic Presión inicial de circulación kg/cm2 PF PF · Sondeo del pozo al sacar tubería rápidamenteRespuesta Pr Presión reducida de circulación · Contaminación del lodoEvitar un mal manejo de las presiones que pue- Psmax Presión superficial máxima kg/cm2 Figura 2 Tubo “U”. · Pérdidas de circulacióndan ocasionar una fractura de las formaciones de- Qo Gasto antes del brote gal/minbajo de la zapata, al desplazar la burbuja de gas a Qr Gasto reducido gal/min caídas de presión se manifiestan desde la descarga A continuación explicaremos cada una:al superficie. TP Tubería de perforación de la bomba hasta la línea de flote. En la práctica se TR Tubería de revestimiento tienen cuatro elementos en los cuales se conside- Densidad insuficiente del lodo. Esta es una de las5. ¿En qué casos se utiliza el equipo snubbing? V Volumen en litros ran las pérdidas de presión en el sistema, estos son: causas predominantes que originan los brotes. En Vdc Volumen anular de lastrabarrenas lts. la actualidad se ha enfatizado en perforar con den-Respuesta Vg Volumen ganado lts · Equipo superficial sidades de lodo mínimas necesarias de control dePara meter o sacar tubería con presiones en la ca- Volp Volumen del pozo bl · Interior de tuberías (TP y herramienta) presión de formación, con el objeto de optimizarbeza del pozo, facilitando su control. En México tam- fe Diámetro estrangulador pg · A través de las toberas de la barrena. las velocidades de perforación. Pero se deberá te-bién se emplea para realizar reparaciones a pozos. Ddc Diámetro de lastrabarrenas pg · Espacio anular. ner especial cuidado cuando se perforen zonas DesTP Desplazamiento efectivo de TP permeables ya que, los fluidos de la formación pue-Glosario epm Número de emboladas por minuto Las pérdidas dependen principalmente de las pro- den alcanzar el pozo y producir un brote. Fs Fracción de volumen de sólidos piedades reológicas del lodo, la geometría del agu-r Densidad del lodo gr/cm3 Gf Gradiente de fractura jero y los diámetros de la sarta de perforación. Los brotes causados por densidades insuficientesrc Densidad de control gr/cm3 H Profundidad m de lodo pudieran parecer fáciles de controlar conDl Tubería de perforación debajo de interfase CAPan Capacidad del espacio anular entre TP y el Cuando en campo se adolece de los elementos sólo incrementar la densidad del lodo de perfora- gas/lodo pies pozo bbl / ft necesarios para calcular las pérdidas de presión ción. Por las siguientes razones, esto puede ser lo 2DP Caída de presión Pb Presión de bombeo kg /cm del espacio anular, es posible tener una buena menos adecuado: 2Dpsist Caída de presión del sistema Kg/cm2 Ph tp Presión hidrostática en tp kg / cm aproximación con relación al diámetro de la ba-DSICP Reducción requerida de presión superficial 2 rrena de acuerdo a los porcentajes mostrados en • Se puede exceder el gradiente de fractura. Phea Presión hidrostática en espacio anular kg / cm psi. 2 la tabla 1. • Se incrementa el riesgo de tener pegadurasCdc Capacidad anular de los lastrabarrenas lt/m. Ps Presión en superficie kg / cm por presión diferencial. 2D pest caída de presión estimada Kg/cm Hvv Profundidad vertical verdadera m. • Se reduce significativamente la velocidad deCag Capacidad de agujero en lt/m. LiPHWUR %QD DtGD GH SUHVLyQ penetración. Vepm Volumen de emboladas por minuto ltCtp Capacidad anular de tp en lt/m. Vemb Volumen por embolada lt SJ SUHVLyQ GH ERPEHR
  6. 6. Ctr Capacidad anular de tr en lt/m. Llenado insuficiente durante los viajes de tube-Db Diámetro de barrena pg. ppm Partes por millón 26, 22, 16, 18 ½, 10 rías. Ésta es otra de las causas predominantes derfi Densidad del fluido invasor gr/cm3 Vfi Volumen fluido invasor brotes. A medida que la tubería se saca del pozo,fint Diámetro interior en pg. 2 17 ½, 14 ¾ PF Presión de fondo kg / cm el nivel de lodo disminuye por el volumen queCadc Capacidad en espacio anular entre agujero 2 12, 9 ½, 8 ½, 8 3/8 15 desplaza el acero en el interior del pozo. Confor- Pea Presión en espacio anular kg / cm y lastrabarrenas lt/m me se extrae tubería y el pozo no se llena conDtp Diámetro de tp en pg.. CeaTP Capacidad espacio anular entre agujero y 6 ½, 5 7/8 20 lodo, el nivel del mismo decrece y por consecuen-f Factor TP lt / m cia también la presión hidrostática. Esto se tornaFo Fracción de volumen de aceite P Presión en TP Menores 30 crítico cuando se saca la herramienta de mayorFw Fracción de volumen de agua TP desplazamiento como lo son: Tabla 1 Caída de presión.32 5
  7. 7. Control de Brotes Control de Broteslos lastrabarrenas y la tubería pesada de perfora- · Emplear la densidad mínima que permita man-ción (Heavy Weight). tener un mínimo de sólidos en el pozo. · Mantener la reología del lodo en condiciones Lecturas del Medidor FannDe acuerdo con las normas API-16D y API-RP59, al óptimas. RPM LECTURASestar sacando tubería, debe llenarse el espacio anu- · Reducir las pérdidas de presión en el espacio HQVLGDG OEJDO lar con lodo antes de que la presión hidrostática de anular. S+ la columna de lodo acuse una disminución de 5 kg/ · Evitar incrementos bruscos de presión. VDO cm2 (71 lb/pg2), en términos prácticos cada cinco · Reducir la velocidad al introducir la sarta. 9LVFRVLGDG SOiVWLFD FS lingadas de tubería de perforación. Efectos de sondeo al sacar la tubería: El efecto de 3XQWR FHGHQWH OE SLHV Contaminación del lodo con gas: Los brotes tam- sondeo se refiere a la acción que ejerce la sarta de bién se pueden originar por una reducción en la perforación dentro del pozo, cuando se mueve ha- Tabla 4 Propiedades del fluido bromuro de zinc para matardensidad del lodo a causa de la presencia del gas cia arriba a una velocidad mayor que la del lodo,en la roca cortada por la barrena. Al perforar dema- máxime cuando se “embola” la herramienta consiado rápido, el gas contenido en los recortes, se sólidos de la formación. Esto origina que el efecto En conclusión, los procedimientoslibera ocasionando la reducción en la densidad del sea mucho mayor (figura 3). Si esta reducción de 6DUWD SDUD PDWDU ´ de control de pozos pueden y debenlodo. Eso reduce la presión hidrostática en el pozo, presión es lo suficientemente grande como para dis- ser diseñados y la dinámica de lospermitiendo que una cantidad considerable de gas minuir la presión hidrostática efectiva a un valor por fluidos empleados han probado serentre al pozo. debajo del de la formación, dará origen a un des- una solución confiable del diseño. equilibrio que causará un brote. 13 3/8” a 3,538’ Las ventajas de la dinámica de losEl gas se detecta en la superficie bajo la forma de (1, 078 m) fluidos empleados aquí sonlodo “cortado” y una pequeña cantidad de gas enel fondo representa un gran volumen en la super- 1. Pronosticablesficie. Los brotes que ocurren por esta causa, ter- 2. La presión sólo se ejerce en lasminan transformándose en reventones por lo que tuberías de control debido a la fric-al detectar este brote se recomiendan las siguien- ción.tes prácticas: 9 5/8” a 11, 650’ 3. No hay consecuencias adversas (3, 551 m) · Reducir el ritmo de penetración Preguntas y respuestas · Aumentar el gasto de circulación Boca LN a 12, 695’ · Circular el tiempo necesario para desgasificar 1. En la perforación de pozos petro- el lodo leros, ¿cuáles son los factores críti- cos que ocasionan un brote?Pérdidas de circulación. Son uno de los problemas Tubería de producción 7 5/8” a 13, 000’ (3, 962 m)más comunes durante la perforación. Se clasifican Respuesta:en dos tipos: × No reestablecer el volumen de ace- Empacador a 14, 500’ ro con fluido de perforación durante · Pédidas naturales o intrínsecas. (4, 420 m) viajes de tubería. · Pérdidas mecánicas o inducidas. Disparo 14, 586’ -14, 628’ × Pérdidas de circulación severas ( 4, 446 - 4, 459 m) × Permitir que la densidad del fluidoSi la pérdida de circulación se presenta durante el TRC 5” a 15, 000’ de perforación disminuya debido aproceso de la perforación, se corre el riesgo de te- (4, 572 m) la contaminación por fluidos de laner un brote y éste se incrementa al estar en zonas Figura 31 formaciónde alta presión o en el yacimiento, en pozos delimi-tadores y exploratorios. Al perder la columna de Figura 3 Efecto de sondeo. con bromuro de zinc. Se midió el nivel del fluido 2.- ¿ Qué acciones debe tomar la cuadrilla ante lalodo, la presión hidrostática disminuye al punto de dentro de la tubería a 2,480 pies. La presión de presencia de un brote?permitir la entrada de fluidos de la formación al pozo, Entre las variables que influyen en el efecto de son- cierre en la tubería de revestimiento de 7 5/8” fueocasionando un brote. deo se tienen las siguientes: de 800 lb/pg 2, como consuecuencia de la recarga Respuesta: de las zonas poco profundas. El pozo se abrió a la × Cerrar el pozoPara reducir las pérdidas de circulación se recomien- ·Velocidad de extracción de tubería atmósfera y el gas de las zonas recargadas poco × Registrar las presionesdan las siguientes prácticas: ·Reología del lodo profundas se quemó por más de una semana. × Aplicar el método de control adecuado6 31
  8. 8. Control de Brotes Control de BrotesEl concepto de matar mediante la dinámica del flui- se han usado. Algunos de estos incluyen: lodos es- ·Geometría del pozo · Reducción del gasto de circulacióndo utiliza el momentum del fluido de matar para so- pecialmente diseñados que pesan hasta 35 lb/gal y ·Estabilizadores en la sarta · Rotura o fisura en la TPbrepasar el momentum de los fuidos del pozo y re- agua con bromuro de zinc. El agua con bromuro de · Desprendimiento de una tobera de la barrenavertir el flujo. El momentum de los fuidos del pozo zinc se seleccionó como fluido para matar este pozo. III. INDICADORES QUE ANTICIPAN UN BROTE · Cambio en las propiedades del lodose da en la ecuación siguiente: Las propiedades del agua con bromuro de zinc se dan en la tabla 4. Al momento de ocurrir un brote, el lodo en primera c) Lodo contaminado por gas, cloruros, cambios dsc Qsc Ui dsc Qsc Zi Ti R Mg = Ui = instancia es desplazado fuera del pozo. Si el brote en propiedades geológicas: La presencia de S Ma Pi Ai La mecánica necesaria para lograr la muerte por Gc no es detectado ni corregido a tiempo, el problema lodo contaminado con gas puede deberse al momentum, incluyó un pescante con junta de cir- se puede complicar hasta llegar a producir un re- fluido contenido en los recortes o al flujo deDonde: culación y tubería de 2 7/8” que aseguró el pescado ventón. Con una detección oportuna las estadísti- fluido de la formación al pozo que circula a la del mismo diámetro a 164 pies (figura 31). El pes-Mg = Momentum cas demuestran que se tiene hasta un 98% de pro- superficie. Conforme el gas se expande al cante con junta de circulación permitió al pozo con- babilidad de controlarlo. Los indicadores de que el acercarse a la superficie se provoca una dis-dsc = Densidad del gas en condiciones estándar tinuar fluyendo hacía la superficie. Una tubería para lodo fluye fuera del pozo durante la perforación son: minución en la presión hidrostática que pue- matar de 1 ½” fue forzada a 1200 pies para poderQsc = Gasto del gas en condiciones estándar de causar un brote. estar mas abajo de cualquier área problema. ·Al perforarZi = Factor de compresibidad en el punto de interés El criterio inicial de diseño es el de tener suficien- ·Al sacar o meter tubería de perforación La detección de un aumento de cloruros y elTi = Temperatura en el punto de interés te tubería de matar dentro del tubing, para ir más ·AL sacar o meter herramienta porcentaje de agua son indicadores de que los abajo de cualquier punto problema, pero no de- ·Sin tubería dentro del pozo fluidos de formación entran al pozo. Debe tener-Gc= Constante gravitacional masiado profundo, de modo que la fricción pue- se especial cuidado ya que esto también indicaR = Constante de gas da restringir el gasto y el momentum del fluido Indicadores al estar perforando: la perforación de una sección salina. de matar.S = Gravedad específica del gas a) Aumento en la velocidad de penetración: La ve- Las propiedades geológicas también son Con el extremo de la tubería de matar a 1,200 pies,Ma = Peso molecular del aire locidad de penetración está en función de va- indicadores de la presencia de fluidos extraños el momentum de los fluidos del pozo se calculó en rios factores como lo son peso sobre barrena, en el lodo de perforación. Esto se manifiesta enPi = Presión en el punto de interés 51 lb. velocidad de rotación, densidad de lodo e hi- cambios en la viscosidad, relación agua-aceite yAi = Área en el punto de interés Para propósitos de experimientación, se tomó la dráulica. Pero también se determina por la pre- la precipitación de sólidos. decisión de proceder con el fluido de bromuro de sión diferencial entre la presión hidrostática delUi = Velocidad en el punto de interés zinc de 19 lb/gal, agua salada de 9 lb/gal y un gas- lodo y la presión de la formación. Es decir, que Cuando se tienen sospechas de un brote, la respues-Las unidades están en cualquier sistema básico. Como to de 12 barriles por minuto a una presión de si la presión de formación es mayor, aumentará ta oportuna ante los indicadores mencionados du-se muestra en la ecuación anterior, el momentum del 12,000 lb/pg 2. Se calculó que el momentum de considerablemente la velocidad de penetración rante la perforación, crearán las condiciones nece-gas es una función de la velocidad de éste. El este fluido era de 82.5 lb. Como se pronosticó, de la barrena. Cuando esto ocurra y no se tenga sarias para controlar el brote. Las acciones que de-momentum del fluido de matar se da en la ecuación algo del fluido penetró en el agujero; sin embar- ningún cambio en los otros parámetros, se debe berán seguirse son:siguiente. Nuevamente las unidades deben ser sólo go, la flama se mantenía. La capacidad de la tube- tener precaución si se están perforando zonasconsistentes y básicas. Obviamente, el momentum del ría de producción era de 90 barriles. de presión anormal o el yacimiento en un pozo · Si las bombas de lodo están paradas y el pozofluido de matar es una función tanto de la densidad exploratorio. se encuentra fluyendo, es indicativo (general- Después de bombear 98 barriles de agua salada decomo de la velocidad. Como se podrá ver, la densidad mente) de que un brote está en camino; a esta 9 lb/gal, se bombeó lodo de emulsión inversa de 18del fuido de matar es un factor importante para man- b) Disminución de la presión de bombeo y aumen- acción se le conoce como “OBSERVAR EL lb/gal con un momentum de 0.9 lb. Como se pro-tener muerto el pozo, una vez que el momentum del to de emboladas. Cuando se está perforando y POZO”. Al efectuar esto, se recomienda revisar nosticó, se observó una corriente de agua saladafluido de matar ha sobrepasado el flujo del reventón. ocurre un brote, los fluidos debido al brote se el nivel de presas y las presiones en los de 9.0 lb/gal en la línea de flujo, seguido por el lodo 2 ubican únicamente en el espacio anular y éstos manómetros en TP y TR y como práctica subir dQ de emulsión inversa y gas limpio. Mg = tienen una densidad menor a la del lodo, por lo la sarta de perforación de manera que la flecha GcA Es interesante hacer notar que aunque el que la presión hidrostática dentro de la tubería se encuentre arriba de la mesa rotatoria. momentum de la salmuera de 9.0 lb/gal hacia que será mayor, propiciando que el lodo dentro deDonde: dicha salmuera penetrara al pozo, la densidad no la sarta de perforación fluya más rápido hacia el · Por otro lado si el gasto de salida se incrementad = Densidad del fluido era suficiente para mantener el control, se bom- espacio anular, con la consecuente disminución mientras se está circulando con un gasto cons- beó el fluido con bromuro de zinc de 19 lb/gal den- de presión de bombeo y el aceleramiento de la tante, también es un indicador de un brote.Q = Gasto tro del pozo a 8 barriles por minuto de 13,000 lb/ bomba de lodo que manifiesta un aumento delGc = Constante gravitacional pg2. El momentum del fluido con bromuro de zinc número de emboladas por minuto. Sin embar- Indicadores al sacar o meter tubería fue calculado en 77.0 lb. La flama se debilitó in- go es importante tener en cuenta que una dis-A = Área en el punto de interés mediatamente y el pozo quedó controlado des- minución en la presión de bombeo también se Los siguientes se consideran de este tipo:Numerosos fluidos para matar están disponibles y pués de haberse bombeado 125 barriles de fluido puede deber a las siguientes causas: · Aumento de volumen en presas30 7
  9. 9. Control de Brotes Control de Brotes · Flujo sin circulación un pozo, el sistema de control superficial deberá te- vencionales y de rutina para el control de po- 3UHVLyQ HQ 73 · El pozo toma menos volumen o desplaza ma- ner la capacidad de proveer el medio adecuado para zos, sin tener éxito alguno. De hecho, debido SVL yor volumen. cerrar el pozo y circular el fluido invasor fuera de él. a la falta de integridad de los arietes dentro de los preventores del arreglo del snubbing, lasEl volumen requerido para llenar el pozo, debe ser Las personas claves en un equipo de perforación condiciones del pozo se habían deteriorado.igual al volumen de acero de la tubería que ha sido terrestre o plataforma de perforación costafuera son 13 3/8” a 3,538’ Después de 6 semanas, la canasta del snubbingextraída. el técnico y el perforador. Si ellos están adiestrados (1, 078 m) se encontraba a 120 pies arriba del terreno. La en el funcionamiento y operación de los sistemas creciente preocupación fue que quizás no fue-Si la cantidad necesaria de lodo para llenar el pozo de control así como de los indicadores de la pre- Tuberia de Producción ra posible el control superficial y que tendríanes mayor, se tiene una pérdida y ésta trae consigo sencia de un brote, no dudarán en los procedimien- 2 7/8” - 2 3/8” que iniciarse las operaciones del pozo de ali-el riesgo de tener un brote. tos para tener el pozo bajo control. 9 5/8” a 11, 650’ vio; o que quizás el gas surgiera a la superfi- (3, 551 m) cie, originando una pérdida total de control su-En caso de introducir tubería, el volumen desplaza- A continuación describiremos los componentes del perficial, además de los graves peligros en lasdo deberá ser igual al volumen de acero introduci- sistema de control superficial. Boca LN a 12, 695’ vidas, los recursos y el medio ambiente.do en el pozo. Después de 6 semanas de llevar a cabo méto- Cabezal de tubería de revestimiento dos convencionales de control, se decidió con-Según las estadísticas la mayoría de los brotes ocu- Tubería de producción 7 5/8” a 13, 000’ (3, 962 m) trolar el pozo con la dinámica del fluido. El usorren durante los viajes de tubería y por el efecto de Este forma parte de la instalación permanente del de la dinámica del fluido en el control de po-sondeo se vuelve más crítica cuando se saca tube- pozo y puede ser de tipo roscable, soldable, bridado Empacador a 14, 500’ zos es tan viejo como la industria misma. Elría (figura 4). o integrado. Su función principal es la de anclar y (4, 420 m) uso de la dinámica de fluidos “de ingeniería”, sellar la tubería de revestimiento e instalar el con- P‡…‚† junto de preventores. El cabezal tiene salidas late- Disparo 14, 586’ -14, 628’ ( 4, 446 - 4, 459 m) sin embargo, fue primeramente reportado en $È Qr…s‚…hq‚ rales en las que pueden instalarse líneas auxiliares TRC 5” a 15, 000’ 1977 y describe lo que hoy día se conoce como !$È de control. (4, 572 m) el “momentum para matar”. Figura 29 Preventor anular El preventor anular también es conocido como es- se había reducido a 1700 lb/pg2. Se escuchó un rui- férico (figura 5). Se instala en la parte superior de S EO à do estrepitoso en el subsuelo. Después de un corto los preventores de arietes. Es el primero en cerrar- SVL ) ‚ periodo, la presión superficial en todas las sartas de se cuando se presenta un brote. El tamaño y capa- Wvhwhq‚ cidad deberá ser igual a los de arietes. tubería era igual a 4,000 lb/pg2 y el pozo tenía un È reventón subterráneo. 13 3/8” a 3,538’ El preventor anular consta en su parte interior de Se lograron ventas de emergencia y el pozo fue (1, 078 m) Figura 4 Estadística de brotes. un elemento de hule sintético que sirve como ele- estabilizado en 30 millones de pies cúbicos de gas, mento empacador al momento de cierre, alrededor más 3,600 barriles de condensado por día, a unaIndicadores al sacar o meter herramienta de la tubería. presión de flujo en la cabeza del pozo de 4,000 lb/ pg 2 y una temperatura superficial de 200º 9 5/8” a 11, 650’Los mismos indicadores de viaje de tuberías se tie- Preventor de arietes Farenheit. (3, 551 m)nen para los lastrabarrenas, la diferencia estriba prin- Las operaciones subsecuentes revelaron que la tu- Boca LN a 12, 695’cipalmente en el mayor volumen de lodo desplaza- Este preventor (figura 6) tiene como característica bería de 2 7/8” se había roto a 164 pies debajo de lado por esta herramienta. principal poder utilizar diferentes tipos y medidas superficie, y que las tuberías de revestimiento de 7 de arietes de acuerdo a los arreglos de preventores 5/8” y 9 5/8” había fallado. De manera que la tubería 7 5/8” a 13, 000’Indicadores sin tubería en el pozo elegidos, como se explicará más adelante. (3, 962 m) de revestimiento y la zapata de 13 3/8” a 3,538 pies estuvieron expuestas a la presión total de la cabezaSe tienen dos indicadores para esta situación: aumento Las características principales de estos preven- Empacador a 14, 500’ del pozo. (4, 420 m)de volumen en las presas y el flujo sin bombeo. tores son: Disparo 14, 586’ -14, 628’ La ubicación y naturaleza exacta de las fallas de la ( 4, 446 - 4, 459 m)IV. EQUIPOS Y SISTEMAS ARTIFICIALES DE SE- • El cuerpo del preventor se fabrica como una tubería de revestimiento no se conocen. La condi- TRC 5” a 15, 000’ (4, 572 m)GURIDAD Y CONTROL unidad sencilla o doble. ción del pozo se ilustra en la figura 30. Figura 30 A esto siguieron 5 semanas de procedimientos con-Al manifestarse un brote durante la perforación de • Puede instalarse en pozos terrestres o marinos.8 29
  10. 10. Control de Brotes Control de BrotesDentro de los simuladores físicos se consideran los res y las presiones generadas por los diferentes mé- • Los arietes de corte sirven para cortar tubería yde escala real. Consisten de consolas que operan y todos de control, facilitando con esto el control de cerrar completamente el pozo.simulan todas las condiciones de los equipos de un pozo.perforación en tamaño similar al real, los principa- (2) ´ ´ Los arietes son de acero fundido y tienen un con- XII. Reventón en el sur de Louisina, E.U.A.les componentes que en general tienen estos siste- junto de sello diseñado para resistir la compresión,mas ofertados en el mercado son: A menudo los reventones originan daños seve- estos pueden ser de los siguientes tipos: ros a las tuberías de revestimiento y al equipo • Consola del instructor supeficial. El problema es tan severo que la con- ´ · Arietes para tubería • Consola del perforador fianza sobre la integridad tubular, sólo origina más · Arietes variables (tubería y flecha) • Consola para operar las llaves de apriete pérdida de control. En algunos casos, el equipo ´ · Arietes de corte • Sistema de control del lodo dañado puede parecer estar en buenas condicio- • Consola de operación remoto del estrangulador nes, aunque resulte inadecuado cuando se le ne- ´ Los arietes variables son similares a los de tubería sien- • Consola para operar preventores terrestres cesite. Bajo estas circunstancias, la dinámica del ´ do la característica distintiva la de cerrar sobre un ran- • Consola de preventores submarinos fuido ha probado ser un elemento invaluable para go de diámetros de tubería, así como medidas varia- • Consola del maniful del standpipe recuperar el control del pozo. bles de la flecha. En muchas ocasiones, el control de un pozo se re-En general el software que proveen los simuladores Las presiones de trabajo de los preventores son de lega al reino de la mística. Podemos mandar perso-permiten realizar cálculos con los más modernos 3000, 5000, 10,000 y 15,000 lb/pg2. nas a la luna, pero la única solución para un reven-métodos y procedimientos de control de pozos. A ´ tón se considera “palabras mayores”. De acuerdocontinuación, se presenta una relación de Arreglos de preventores con muchas personas, el control de pozos y los re-parámetros que pueden manejar los equipos que ventones están exentos de obedecer las leyes de lageneralmente son ofertados en el mercado para el ´ En el criterio para el arreglo del conjunto de preven- ciencia. La experiencia nos ha mostrado que los re-control de pozos. tores, se debe considerar la magnitud de las presio- ventones son problemas de ingeniería, sujetos a las nes a que estarán expuestos y el grado de protección mismas leyes físicas de todos los problemas de in- • Procedimientos de cierre requerido. Cuando los riesgos son pequeños y cono- geniería, y que se puede ganar más al trabajar den- • Operación de preventores y estrangulador cidos tales, como presiones de formación normales, tro de los límites de estas leyes que al confiar en el • Operación del sistema de lodos Figura 5 Preventor anular. áreas alejadas de grandes centros de población o miedo a la superstición. • Volumen en presas desérticas, un arreglo sencillo y de bajo costo puede • Prueba de leak-off Un buen ejemplo de control de un pozo utilizando ser suficiente para la seguridad de la instalación. • Pérdidas de circulación métodos de ingeniería, se vio recientemiente en un • Brotes instantáneo, de aceite, gas y agua reventón ocurrido en el sur de Louisiana. Este pozo Por el contrario, el riesgo es ma- • Prueba de conexiones superficiales fue terminado en la formación “Frío”, con disparos en yor cuando se tienen presiones • Brotes durante viajes (introducción y extracción el intervarlo 14,586´- 14,628´. En el momento del re- de formación anormales, yaci- de tuberías) ventón se cerró el pozo, registrando una presión en la mientos de alta productividad y • Brotes con la tubería fuera tubería de producción de 9,700 lb/pg2, con una pre- presión, áreas densamente pobla- • Ambientes de control terrestre y marino sión de fondo cerrado de aproximadamente 12,000 das y grandes concentraciones • Efectos de la migración del gas lb/pg2. Se muestra un esquema de esto en la figura de personal y equipo como lo es • Modelos de presión 29. La capacidad inicial de producción del pozo del en barcos y plataformas marinas. • Estranguladores automáticos sur de Louisiana fue mayor de 50 millones de pies Es en estas situaciones en donde • Predicción de presiones anormales. cúbicos de gas, más 5,000 barriles de condensado por se tendrá un arreglo más comple- día. Tres semanas después de la terminación, se pre- to y por consecuencia más cos-Adicionalmente pueden simular las condiciones de sentó una fuga en la tubería de producción y se regis- toso.falla de los equipos y algunos problemas durante la traron 5,400 lb/pg2 en la tubería de revestimiento de 7perforación como lo son las pegaduras de tuberías, 5/8”, se descargó la presión de 5,400 lb/pg2 a 1000 lb/ La clasificación típica de API para 2geología, de fluidos etcétera. pg con gas en superficie. Figura 6 Preventor de arietes doble. conjunto de preventores API-RP-53 (3ra edición marzo, 1999) es la adecuada para operar con 2000,Los simuladores matemáticos son programas de En un intento por reducir la presión de la tubería de • La presión del pozo ayuda a mantener cerra- 3000, 5000, 10, 000 y 15,000 lb/pg2 (141, 211, 352,cómputo que se instalan en computadoras perso- revestimiento, el pozo estuvo produciedo durante dos los arietes. 703 kg/cm2) de presión de trabajo (figuras 7, 8, 9).nales y en segundos mediante millones de cálculos seis horas y después fue cerrado. Al siguiente día,simulan el comportamiento de los fluidos invaso- la presión en la tubería de revestimiento de 7 5/8” •Tiene un sistema secundario para cerrar ma- Para identificar cada uno de los códigos emplea-(2) nualmente. dos por el API describiremos a continuación: Roberto D. Grace y Bob Cudd. Traducción parcial: M.I. Filemón Ríos Chávez28 9
  11. 11. Control de Brotes Control de Brotes Los problemas de este tipo tienen como solución la Pozo sin tubería operación del estrangulador para un manejo adecua- De inmediato cuando se tiene un brote en estas cir- do de presiones, sin embargo, siempre debe consi- cunstancias, deben cerrarse los preventores con la derarse un factor de seguridad para las tuberías. apertura necesaria del estrangulador que desfogue Problemas de gas somero presión para evitar daños a la formación o a la tu- bería de revestimiento, para posteriormente regre- En ocasiones, no es recomendable cerrar el pozo, sar fluidos a la formación e introducir la tubería a sino solamente tomar las medidas adecuadas para presión a través de los preventores. depresionar la formación mediante el desvío del flujo a la presa de quema. Con esto se evita una posible Presiones excesivas en la tubería de perforación ruptura de tubería de revestimiento o de formacio- Normalmente la presión superficial en TR es mayor nes superficiales que la registrada en la tubería de perforación. Sin Cuando la tubería no se encuentra en el fondo del embargo, se pueden tener grandes cantidades de pozo fluido invasor fluyendo por la TP antes de cerrar el pozo. Para proteger la manguera y la unión girato- Si la tubería no se encuentra en el fondo del pozo ria (swivel) que son las partes más débiles, se de- cuando ocurre un brote, es posible efectuar el con- ben de realizar las siguientes acciones. trol con los métodos convencionales, dependiendo de la posición del fluido invasor, la longitud de tu- 1. Cerrar la válvula de seguridad bería dentro del pozo y la presión registrada en la 2. Desconectar la flecha tubería de perforación. Cuando el brote se encuen- 3. Instalar una línea de alta presión Figura 9 Arreglos API para 10000-15000 psi tra bajo la barrena se observarán ligeras diferencias 4. Bombear lodo de control al pozo en las presiones de cierre. A – Preventor anular Pérdida de circulación asociada a un brote Para lograr el control del pozo podemos considerar Figura 7 arreglos API 2000 psi G – Cabeza rotatoria dos casos: La pérdida de circulación es uno de los proble- mas más serios que puede ocurrir durante el con- 1. Es posible incrementar la densidad del fluido de K – 1000 lb/pg2 (70 kg/cm2) trol de un brote, debido a la incertidumbre que se control del pozo. tiene en las presiones de cierre. Para el caso de R – Preventor de arietes • Determine la densidad de control a la profundi- pérdida parcial se puede emplear la preparación dad de la barrena. del lodo con volúmenes de obturante. En pérdida Rd – Preventor de arietes para tubería de circulación total y cuando se tenga gas, la so- Rt – Preventor triple con tres juegos de arietes. • Calcule la densidad equivalente de circulación. lución es colocar tapones de barita en la zona de pérdida en unos 100 m de agujero. Para flujos de S – Carrete de control con salidas laterales de • Si la densidad equivalente de circulación es me- agua se recomienda colocar un tapón de diesel, matar y estrangular. nor que la densidad máxima permisible, circule el bentonita y cemento. Para definir los rangos de presión de trabajo del con- brote por los métodos convencionales. junto de preventores se considerará lo siguiente: XI. SIMULADOR DE BROTES • Introducir la barrena repitiendo, los pasos ante- • Resistencia a la presión interna de la TR que so- riores en el menor número de etapas posibles, En la perforación de pozos petroleros, uno de los porta al conjunto de preventores. hasta que la barrena llegue al fondo. problemas más serios, es el descontrol de pozos • Gradiente de fractura de las formaciones próxi- durante las operaciones de perforación, termina- mas a la zapata de la última tubería de revesti- 2. El pozo no permite incrementar la densidad del ción y el mantenimiento de los pozos. Estos mis- miento. lodo. mos descontroles dañan al personal, equipo, ya- • Presión superficial máxima que se espera ma- cimiento y al entorno ecológico, dando una ima- En este caso es difícil o prácticamente imposible rea- gen negativa de la empresa. nejar. Se considera que la condición más crí- lizar el control por los métodos convencionales. Aquí tica se presenta cuando en un brote, el lodo la tubería tiene que introducirse en las dos formas del pozo es expulsado totalmente por el flui- Para enfrentar estos graves problemas la tecnolo- siguientes: do invasor. gía ha desarrollado simuladores físicos (equipo y 1. Introducir la TP a presión con el preventor ce- software) y matemáticos (programas) que permiten En el ejemplo 1 se efectúa el cálculo para determi- rrado (stripping). entrenar y examinar el grado de conocimientos que Figura 8 Arreglos API para 3000-5000 psi nar la capacidad del arreglo de preventores. 2. Introducir la TP a presión usando equipo espe- sobre el control de pozos tiene el personal, en con- cial (snubbing). diciones totalmente seguras.10 27

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