Diseño de revestidor. II Parte

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***Autor del vídeo: @carlos84*** ## ***Introducción*** En esta oportunidad quiero presentar la segunda parte referida al diseño de revestidor, teniendo en cuenta que es un tema algo extenso debido a su carácter de diseño, en el artículo referido a [Diseño de revestidor. I Parte](https://steemit.com/steemstem/@carlos84/dise-o-de-revestidor-1557790368) en donde trate diversos aspectos que proporcionan los cimientos para la realización del diseño en base a las condiciones del pozo y del yacimiento. En esta segunda parte me enfoco principalmente en desarrollar una metodología para diseñar un programa de revestidores enfocado en la correcta selección en la profundidad de asentamiento de la zapata, ya que en primera instancia se debe diseñar la profundidad correcta en la que tiene que quedar asentado el revestidor para que la formación en su parte más débil (zapata) pueda soportar las presiones durante una posible surgencia o arremetida de fluidos de la formación en el fondo del pozo hasta la superficie. En el presente articulo se especificara 3 reglamentos sustentado por ecuaciones que rigen el comportamiento de presiones, en el que se pueda comparar la densidad equivalente de formación a nivel de la zapata admisible con la densidad equivalente real a nivel de la zapata. Posteriormente se describe una metodología de los pasos que se deben ejecutar en el diseño desde el momento en que se recogen los datos geológicos hasta el cumplimiento de las reglas para el diseño de revestidores en una hipótesis de surgencia. ## ***Reglas aplicadas para las condiciones de surgencia en el diseño de revestidores***

**Regla Nº. 1.** Como lo he explicado anteriormente en las publicaciones dedicadas al control de pozos, el punto más débil para soportar presiones en el hoyo es donde no se encuentra revestido, y esto es a la profundidad de la zapata (lugar de anclaje del revestidor), es por ello que en primer lugar se debe comprobar si la formación a nivel de la zapata puede sostener las presiones generadas por una surgencia de gas. Para determinar la presión a nivel de la zapata con un pozo lleno de gas, se plantea el uso de la siguiente ecuación: Presión a nivel de la zapata (psi). Presión del yacimiento de donde proviene el gas. La presión del yacimiento de donde proviene el gas la podemos calcular como sigue: Densidad del gas. La densidad del gas se puede asumir en el rango de los siguientes valores de presión de yacimiento: ![tabla de densidad de gas de surgencia a cada valor de presión de yacimiento.jpg]() ######

***Diseño de la imagen: se utilizó las herramientas de Microsoft Power Point. Imagen de mi autoría.***

Profundidad de la mecha de perforación (pies) Densidad equivalente de la surgencia, y se calcula como sigue: Profundidad de la zapata (pies). Ejemplo: En un pozo exploratorio de 8-1/2 pulgadas de diámetro se ha bajado una sarta de revestimiento de 9-5/8 pulgadas, cuya zapata se encuentra ubicada a una profundidad de 9800 pies, se está perforando a una profundidad de 13450 pies, el fluido de perforación tiene una densidad de 10.8 lbs/gal. Suponiendo que en una arremetida el pozo se puede encontrar lleno de gas de la formación con una densidad equivalente de fractura admisible de 14.2 lbs/gal , calcule: a. Presión que se puede soportar a nivel de la zapata (Pz) b. Densidad equivalente de fractura a nivel de la zapata real c. Evalúe si bajo las condiciones del pozo se puede soportar una arremetida llena de gas. Lo primero sería calcular la presión del yacimiento de donde proviene el gas de formación: De los datos necesarios para calcular esta presión de yacimiento tenemos la profundidad de la mecha de perforación (D) = 13450 pies, y la Densidad equivalente de surgencia es igual a: Implica que la presión de yacimiento de la formación de donde proviene el gas es: Si revisamos en la imagen que representa la tabla de valor de densidad de gas de surgencia a cada valor de presión de yacimiento, podemos concluir que para el valor de 8603 psi le corresponde el valor de 2.9 lbs/gal a la densidad del gas de formación. Con los datos suministrado en el enunciado y los obtenidos, se puede calcular la presión a nivel de la profundidad de la zapata: Para saber la densidad equivalente de fractura a la profundidad de la zapata, aplicamos la siguiente ecuación: Como la densidad de fractura a la profundidad de la zapata admisibles es de 14.2 lbs/gal, cualquier valor que esté por encima de esta densidad (15.8 lbs/gal) hace de que se pueda fracturar la formación, lo que nos lleva a concluir que bajo las condiciones del pozo, y estando lleno de gas de formación ante una surgencia que la formación a nivel de la zapata no puede resistir ese valor de presión de fractura. **Regla Nº. 2.** La densidad equivalente de la formación a nivel de la zapata (punto más débil), debe permitir que se obtenga una presión estable en el espacio anular después de que se cierre el pozo momentos una vez de que ocurra una surgencia de gas en el pozo. Esta densidad equivalente de la formación a nivel de la zapata genera una presión que la vamos a llamar presión de la densidad equivalente de la formación a nivel de la zapata, y se calcula como sigue: Presión en el espacio anular (psi) Densidad del fluido de perforación (lbs/gal) Profundidad de la zapata (pies) La presión en el espacio anular se determina con la siguiente ecuación: , donde: Presión de la formación a la profundidad del pozo (psi) Densidad del gas (lbs/gal) Altura de la columna de gas de surgencia en el fondo (pies) Esta columna de gas se puede calcular con la siguiente ecuación: Profundidad del pozo (pies) Ejemplo: En un pozo exploratorio con una profundidad de 13450 pies con un hoyo a esa profundidad de 8-1/2 de pulgadas, se tiene un lodo de perforación con una densidad de 10.8 lbs/gal, la zapata del revestidor que está por encima del hoyo de 8-1/2" es de 9800 pies. La tubería de perforación es de 5 pulgadas de diámetro externo La densidad equivalente de fractura admisible a la altura de la zapata es de 14.2 lbs/gal. Suponiendo que al pozo ocurre una arremetida de gas, llegando a expandirse por una columna cuyo volumen es de 20 barriles , calcule : a. Presión anular de la densidad equivalente de formación (PDEZ) b. La densidad equivalente de la formación real (DEZ). c. Evaluar si las formaciones que están por debajo de la zapata pueden soportar la presión del espacio anular. Para calcular la PDEZ, lo primero que vamos a calcular es la presión en el espacio anular: Para ello también necesitamos calcular la presión de yacimiento: Como la densidad del lodo en este caso es la misma del ejercicio anterior, la densidad equivalente de la surgencia es de 12.3 lbs/gal y la profundidad del pozo es la misma del ejercicio anterior, por lo que la presión de yacimiento es de 8603 psi. La densidad del gas a la presión de yacimiento de 8603 psi es de 2.9 lbs/gal Dentro de las condiciones en las que puede sobrevenir una surgencia de gas que las ganancias en los tanques de lodo esta alrededor de entre 15 a 20 bls, y aunque este volumen puede ser evaluado para las condiciones de cada taladro, el valor dependerá de sus equipos de detección, sin embargo para el cálculo de la altura de la surgencia de gas en el fondo del pozo vamos a asumir un valor del volumen del gas de 20 barriles. Para calcular la capacidad volumetrica entre hoyo desnudo y tubería de perforación aplicamos la siguiente ecuación: ***Capacidad anular hoyo-tubería =*** ***(8.5)2 - (5)2 / 1029.4 = 0.0459 barriles / pies*** Obtenido la capacidad volumetrica en el espacio hoyo tubería, y con el volumen de gas de 20 barriles, podemos calcular la altura de la surgencia de gas en el fondo: ![cálculo de la altura de gas en el fondo.jpg]() Este valor de la altura que está ocupando el gas de surgencia en el fondo es el dato que necesitamos para calcular la presión en el espacio anular: ![cálculo de la presión en el espacio anular.jpg]() Finalmente podemos calcular la presión equivalente de fractura en la zapata, tal como sigue: ![cálculo de la presión equivalente de fractura en la zapata.jpg]() Con este valor podemos calcular la densidad equivalente de la formación a nivel de la zapata, estando consciente que una vez que cerremos el pozo en una surgencia, la presión entrampada en el espacio anular debe de ser una presión estabilizada para que no se fracture la formación en su punto más débil, que es inmediatamente por debajo de la zapata del revestidor. ![cálculo de la densidad equivalente de formación a nivel de la zapata.jpg]() Podemos concluir para la regla #2 en el caso de este ejercicio, donde se tienen unas condiciones de asentamiento del revestidor, tenemos un lodo de perforación con una densidad dada, en fin una serie de datos, en los que se busca saber si la densidad equivalente de la zapata es la óptima como para poder aguantar la presión que se encierre en el espacio anular después que se cierre el pozo ante una arremetida. En este caso en particular como la densidad equivalente real es de 13.21 libras / galón, y la densidad equivalente admisible que soporta la formación en su punto más débil (zapata) es de 14.2 libras / galón, podemos decir que como está por debajo de 14.2 lbs/gal, las formaciones que están inmediatamente por debajo de la zapata pueden soportar la presión en el espacio anular. **Regla Nº. 3.** La densidad equivalente a nivel de la zapata (DEZ) debe permitir el desplazamiento de la arremetida aplicando el método del perforador, sin que se llegue a fracturar la formación al nivel de la zapata (punto débil por hipótesis). Cuando estudiamos el comportamiento de la burbuja de gas de formación durante una posible surgencia debemos de analizar su desplazamiento en consecuencia de la presión que se ejerce a nivel de la zapata. Durante el desplazamiento del gas desde el fondo del pozo hasta la superficie, se obtiene la máxima presión a nivel de la zapata, cuando el tope de la burbuja de gas llega a ella. Para calcular esta presión máxima () aplicamos la siguiente ecuación: ![]() Donde S= Margen de sobre presión (psi), en consecuencia se recomienda tomar 70 psi por cada 3300 pies. = longitud del hoyo abierto o la diferencia entre el fondo del pozo y la profundidad de la zapata o punto débil (pies). R = es el cociente entre el volumen anular entre hoyo abierto y tubería entre el volumen entre revestidor y tubería, este es un valor que lo aproximaremos a 1. Ejemplo: Tomando en consideración los datos del ejercicio de la regla #2 y tomando un volumen de gas de 20 barriles, teniendo una densidad equivalente de surgencia de 12.3 lbs/gal, un S = 70 psi/ 3300 pies y un R = 1. Calcule la presión máxima soportada en la zapata en el desplazamiento del gas desde el fondo hasta la superficie (). Si el valor de S = 70 psi /330 pies lo multiplicamos por la profundidad del pozo que es 13450 pies obtendremos un valor de S= 290 psi. El valor de delta Z sería la diferencia de la profundidad del pozo menos la profundidad de asentamiento del revestidor = 13450 pies - 9800 pies = 3650 pies. Del ejercicio de la regla # 2 sabemos que la altura de la surgencia del gas es de 435.73 pies. La densidad del gas a considerar es de 2.9 lbs / gal. La presión de yacimiento es la del ejercicio de la regla #2, Py = 8603 psi. La densidad del lodo es de 10.8 lbs / gal. Teniendo todos los datos solo queda sustituir en la ecuación: ![]() Una vez obtenida esta presión, podemos calcular la densidad equivalente de la formación a nivel de la zapata (DEZ) Como la densidad equivalente de la formación a nivel de la zapata admisible es de 14.2 lbs/gal y la densidad equivalente real nos dio 13.87 lbs/gal, podemos concluir que bajo estas condiciones del pozo y del diseño de revestidores a la profundidad de asentamiento elegida puede soportar una presión del gas en la zapata, sin embargo la situación sería critica en el caso de que se quiera controlar el pozo por el método del perforador para poder desplazar una arremetida de la magnitud asumida. ### ***Metodología de diseño de revestidores en base a las reglas de las condiciones de surgencia***

- Suponiendo que el diseño de revestidores sea en base a un campo exploratorio o en desarrollo, se debe recopilar los datos que se obtienen de geólogos, geofísicos y de los pozos vecinos, estos datos son: presión de poros y de fractura, presiones anormales, zonas de pérdidas de circulación, lutitas derrumbables entre otros. Con estos datos en base al diseño de revestidores se puede determinar una primera configuración del pozo: **Diámetro:** se debe considerar a tomar en cuenta la profundidad final, la estandarización diámetro normal para producción entre otras. **Punto de asentamiento de las zapatas:** Teniendo en cuenta los diversos problemas que se pueden presentar en la construcción del pozo, se deben considerar los siguientes aspectos: pérdidas de circulación, lutitas hinchables, pegas de tubería, necesidad de cubrir el punto de arranque para pozos direccionales (KOP), tope de presiones anormales y una longitud de hoyo abierto aceptable. - Verificar que se cumplan las reglas Nº: 1, 2 y 3 a las profundidades de asentamiento de las zapatas. - En caso de que no se cumpla con algunas de las reglas Nº 1, 2 y 3, es necesario si es posible cambiar la profundidad de asentamiento de la zapata, de caso de no poder cambiar las profundidades de asentamiento de las zapatas, se debe establecer un procedimiento de perforación en el que se tenga que considerar un arreglo al tamaño de la surgencia admisible para perforar con la seguridad máxima, cuando hablo de la seguridad máxima en la perforación y construcción del pozo me refiero a la optimización en los valores de la densidad del fluido de perforación, valores de las pruebas de integridad y sobre todo una minuciosa supervisión durante las operaciones de perforación. ### ***Consideraciones y recomendaciones***

Los cálculos empleados para determinar el cumplimiento de las tres reglas para el diseño de revestidores por condiciones de surgencia son de fácil ejecución y comprensión, sin embargo recomiendo que el ingeniero de diseño encargado del diseño de revestidores en el programa de la construcción del pozo contemple el uso de un programa computarizado que permita representar, para una densidad del fluido y una configuración de pozo dada, la variación del volumen de arremetida máximo admisible, en función de la profundidad y densidad equivalente de la formación a nivel de la zapata. En caso que se realice el diseño de asentamiento de los revestidores en condiciones de surgencia para pozos exploratorios se recomienda realizar nuevos cálculos en función de los reglamentos cada vez que cambie un parámetro, eso da mayor garantía de seguridad en la formación a hoyo desnudo, ya que todo este reglamento se hace en función de máxima surgencia admisible que puede soportar la formación a ser fracturada.

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***Autor del Vídeo: @carlos84*** ### ***Bibliografía consultada y recomendada*** 1. Manual de perforación de pozos. Programa de Postgrado de Ingeniería de petróleo. Centro de formación y adiestramiento de PDVSA y sus filiales. Convenio M.E.M – LUZ – PDVSA. 2. [Diseño de revestidores por slideshare](https://es.slideshare.net/MagnusMG/19-fundamentos-para-diseo-de-los-revestidores) ______________________________________________________________________ ***"Para toda aquella persona que le apasiona la matemática, física, química, biología, educación e ingeniería, le recomiendo la etiqueta de #stem-espanol, es una comunidad que valora el contenido intelectual y académico de calidad, conservando siempre la originalidad de las publicaciones, por lo que se recomienda a todos aquellos amigos de steemit que deseen publicar utilizando esta etiqueta a no cometer plagio."***