PDF -Operaciones básicas con hojas de cálculo - Formulas y Calculos Para Operaciones de Perforacion y Rehab..!
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Formulas y Calculos Para Operaciones de Perforacion y Rehab..!

Operaciones básicas con hojas de cálculo

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s y Calculos Para Operaciones de Perforacion y Rehab

Description

Fórmulas y Cálculos para la Perforación,

Producción y Rehabilitación

Todas las fórmulas que se necesitan para resolver problemas de perforación y producción

Norton J

Lapeyrouse

Tabla de Contenido Prefacio

Cálculos Requeridos para Píldoras de “Spotting”

Prefacio Durante la década de los 70 los organismos gubernamentales empezaron a requerir la certificación en control de presión para ciertos trabajadores que trabajan en campos petroleros costa afuera

Desde entonces,

una vez al año los trabajadores de perforación,

toolpushers (perforador en jefe),

capataces de perforación y supervisores de perforación han tenido la obligación de asistir a un curso de control de pozos básico o de actualización

Actualmente muchas compañías petroleras también requieren que el personal de producción asistan estos cursos o cursos sobre la rehabilitación de pozos

Adicionalmente,

muchos países requieren la certificación anual en el control de pozos

Muchas compañías petroleras y contratistas de perforación también exigen a su personal que asista a cursos regulares aun cuando el país anfitrión no lo requiera

Muchas veces estos cursos presentan problemas para el trabajador petrolero que no ha tenido que aprender y utilizar fórmulas y cálculos desde que terminó su educación formal

En mis cursos de perforación y control de pozos,

intento presentar fórmulas y cálculos a mis alumnos en una manera que sea fácil de seguir y en un orden paso por paso

Intento presentarlos en la manera más clara posible para que los alumnos los entenderán y podrán realizar los ejemplos durante las pruebas y utilizar estas fórmulas al regresar al trabajo

Desafortunadamente,

no todos los alumnos copian las fórmulas y cálculos correctamente

Posteriormente cuando los necesiten en el trabajo,

descubren que sus apuntes están desorganizados o incompletos o erróneos

Por esta razón he compilado este libro

En ocasiones he escuchado historias de otros problemas en el campo

Un perforador me contó una vez que llevó consigo un maletín lleno de libros cada vez que iba hacer un turno de trabajo en la planchada

Un supervisor de perforación dijo que le resultaba difícil recordar las fórmulas y cálculos que no utilizaba regularmente

Por lo tanto llevaba dos grandes maletines de libros consigo para cada trabajo

Mi intenciones que este libro reemplazará todos estos maletines pesados y que puede ser utilizado como una referencia útil en la unidad de perforación

Durante casi 24 años he acumulado fórmulas y cálculos

Hace algún tiempo comencé a recolectar las fórmulas,

cálculos y procedimientos en una carpeta

Cuando investigaba fórmulas en mi biblioteca y encontraba fórmulas y cálculos que sabía que utilizaría en el futuro,

Había acumulado una amplia variedad de datos que podía conseguir muy rápidamente

Varios individuos han visto mi “libro de cálculos” y me han solicitado copias

Por consiguiente decidí compilar muchas de las fórmulas y cálculos utilizados con mayor frecuencia en un libro y ponerlo a la disposición de trabajadores de perforación en todas partes

El resultado es este libro

Este libro deberá servir a un trabajador petrolero durante toda su carrera

Mientras que no contiene todas las fórmulas existentes,

incluye las más comunes que se espera utilizar

Contiene todas las fórmulas y cálculos requeridos en todas las escuelas de control de pozos domésticas e internacionales

Se ha diseñado este libro para brindar la mayor conveniencia

Ocupa muy poco espacio en un maletín

Está anillado para que se abra fácilmente sobre un escritorio

Se incluyen ejemplos para facilitar el uso de las fórmulas

Este libro está dedicado a los miles de trabajadores petroleros que tienen que utilizar las fórmulas y cálculos diariamente o una ó dos veces al año y a quienes les resulta difícil recordarlos

Este libre le deberá facilitar su trabajo

Norton J

Lapayrouse

CAPÍTULO UNO FÓRMULAS BÁSICAS

Gradiente de Presión Gradiente de Presión,

ppg x 0,052 Ejemplo: 12,0 ppg fluido psi/pies = 12,0 ppg x 0,052 psi/pies = 0,624 Gradiente de presión,

lb/pie3 psi/pie = peso de lodo,

lb/pie3 x 0,006944 Ejemplo: 100 lb/pie3 fluido psi/pie = 100 lb/pie3 x 0,006944 psi/pie = 0,6944 O psi/pie = peso de lodo,

lb/pie3 ÷ 144 Ejemplo: 100 lb/pie3 fluido psi/pie = 100 lb/pie3 ÷ 144 psi/pie = 0,6944 Gradiente de presión,

gravedad específica (SG) psi/pie = peso de lodo,

SG x 0,433 Ejemplo: 1,0 SG fluido psi/pie = 1,0 SG x 0,433 psi/pie = 0,433

Fórmulas Básicas 2 Convertir el gradiente de presión,

ppg ppg = gradiente de presión,

psi/pie ÷ 0,052 Ejemplo: 0,4992 psi/pie ppg = 0,4992 psi/pie ÷ 0,052 ppg = 9,6 Convertir el gradiente de presión,

lb/pie3 lb/pie3 = gradiente de presión,

psi/pie ÷ 0,006944 Ejemplo: 0,6944 psi/pie lb/pie3 = 0,6944 psi/pie ÷ 0,006944 lb/pie3 = 100 Convertir el gradiente de presión,

SG SG = gradiente de presión,

Presión Hidrostática Presión hidrostática utilizando ppg y pies como unidades de medición Presión hidrostática = peso de lodo,

ppg x 0,052 x profundidad vertical verdadera (TVD) pies

Ejemplo: peso de lodo = 12

000 pies

profundidad vertical verdadera

Presión hidrostática = 13,5 ppg x 0

052 x 12

utilizando gradiente de presión,

psi/pies Presión hidrostática = psi/pies x profundidad vertical verdadera,

pies Ejemplo: gradiente de presión profundidad vertical verdadera

Presión hidrostática = 0,624 psi/pie x 8500 pies

Fórmulas Básicas 3 Presión hidrostática = 5304 psi Presión hidrostática,

lb/pie3 Presión hidrostática = peso de lodo,

pie Ejemplo: peso de lodo profundidad vertical verdadera

Presión hidrostática = 90 lb/pie3 x 0,006944 x 7500 pies Presión hidrostática = 4687 psi Presión hidrostática,

utilizando metros como unidad de profundidad Presión hidrostática = peso de lodo,

m 3,281 Ejemplo: peso de lodo profundidad vertical verdadera

Presión hidrostática = 12,2 ppg x 0,052 x 3700 x 3,281 Presión hidrostática = 7

701 psi

Convertir la Presión en Peso de Lodo Convertir presión,

ppg utilizando pies como la unidad de medición

pies Ejemplo: presión profundidad vertical verdadera (TVD)

ppg = 2600 psi ÷ 0,052 ÷ 5000 pies lodo

Convertir presión,

ppg utilizando metros como la unidad de medición

pies ÷ 3,281 Ejemplo: presión profundidad vertical verdadera (TVD)

ppg = 3583 psi ÷ 0,052 ÷ 2000 m ÷ 3,281 peso de lodo

Fórmulas Básicas 4 Gravedad Específica (SG) Gravedad específica utilizando peso de lodo,

ppg Gravedad específica = peso de lodo,

ppg ÷ 8,33 Ejemplo: 15,0 ppg fluido Gravedad específica = 15,0 ppg ÷ 8,33 Gravedad específica = 1,8 Gravedad específica utilizando gradiente de presión,

psi/pie Gravedad específica = gradiente de presión,

psi/pie ÷ 0,433 Ejemplo: gradiente de presión = 0,624 psi/pie Gravedad específica = 0,624 psi/pie ÷ 0,433 Gravedad específica = 1,44 Gravedad específica utilizando peso de lodo,

lb/pie3 Gravedad específica = peso de lodo,

lb/pie3 ÷ 62,4 Ejemplo: peso de lodo = 120 lb/ pie3 Gravedad específica = 120 lb/ pie3 ÷ 62,4 Gravedad específica = 1,92 Convertir la gravedad específica al peso de lodo,

ppg = gravedad específica x 8,33 Ejemplo: gravedad específica = 1,80 peso de lodo,

ppg = 1,80 x 8,33 peso de lodo

Convertir gravedad específica al gradiente de presión,

psi/pie psi/pie = gravedad específica x 0,433 Ejemplo: gravedad específica = 1,44 psi/pie = 1,44 x 0,433 psi/pie = 0,624

Fórmulas Básicas 5 Convertir gravedad específica al peso de lodo,

lb/pie3 lb/pie3 = gravedad específica x 62,4 Ejemplo: gravedad específica = 1,92 lb/pie3 = 1,92 x 62,4 lb/pie3 = 120

Densidad Circulante Equivalente (ECD),

pérdida de presión anular,

÷ 0,052 ÷ TVD,

Ejemplo: pérdida de presión anular profundidad vertical verdadera peso de lodo

= 200 psi = 10000 pies = 9,6 ppg

Peso de lodo máximo permitido por datos de la prueba de integridad de la formación (“leak-off test”) ppg =

÷ 0,052 ÷

TVD de la zapata de cementación de la tubería de revestimiento

Ejemplo: presión de prueba de integridad de la formación TVD de la zapata de cementación de la tub

= 1140 psi = 4000 pie = 10,0 ppg

ppg = 1140 psi ÷ 0,052 ÷ 4000 pies + 10,0 ppg ppg = 15,48

Flujo de Salida de Bomba Bomba Triple Fórmula 1 Flujo de salida,

Fórmulas Básicas 6 Ejemplo: Determinar el flujo de salida de bomba,

al 100% de eficiencia para una bomba triple de 7 pulg por 12 pulg Flujo de salida de la bomba @ 100% = 0,000243 x 72 x 12 Flujo de salida de la bomba @ 100% = 0,142884 bls/emb

Ajustar el flujo de salida de la bomba para una eficiencia de 95%: Equivalente decimal = 95 ÷ 100 = 0,95 Flujo de salida de la bomba @ 95% = 0,142884 bls/emb x 0,95 Flujo de salida de la bomba @ 95% = 0,13574 bl/emb Formula 2 Flujo de salida de bomba,

pulgadas S = longitud de la embolada,

pulgadas SPM = emboladas por minuto Ejemplo: Determinar el flujo de salida,

gpm para una bomba triple de 7 pulg por 12 pulg a 80 emboladas por minuto Flujo de salida,

gpm = [3 (72 x 0,7854) 12] 0,00411 x 80 Flujo de salida,

gpm = 1385,4456 x 0,00411 x 80 Flujo de salida

Bomba Duplex (o Doble) Fórmula 1 0,000324 x

Ejemplo: Determinar el flujo de salida,

de una bomba duplex de 5 ½” x 14” a una eficiencia del 100%

Diámetro del vástago = 2,0 pulg

= 0,137214 bl/emb 0,000324 x 5,52 x 14

= 0,128142 bl/emb Ajustar flujo de salida para una eficiencia del 85%: Equivalente decimal = 85 ÷ 100 = 0,85 flujo de salida @ 85% efic

Fórmulas Básicas 7 flujo de salida @ 85% efic

= 0,10892 bl/emb Fórmula 2 Flujo de salida,

bl/emb = 0,000162 x S [2 (D)2 – d2] donde: S = longitud de embolada,

D'= diámetro de la camisa,

Ejemplo: Determinar el flujo de salida,

de una bomba duplex de 5 ½” x 14” @ una eficiencia del 100%

Diámetro del vástago – 2,0 pulg

Flujo de salida @ 100% = 0,000162 x 14 x [2 (5,5)2 – 22] Flujo de salida @ 100% = 0,000162 x 14 x 56,5 Flujo de salida @ 100% = 0,128142 bl/emb Ajustar flujo de salida de la bomba para una eficiencia del 85% Flujo de salida @ 85% = 0,128142 bl/emb x 0,85 Flujo de salida @ 85% = 0,10892 bl/emb

Velocidad Anular (AV) Fórmula 1 Velocidad anular = flujo de salida de bomba,

bl/pie Ejemplo: flujo de salida de bomba capacidad anular

Velocidad anular = 12,6 bl/min ÷ 0,1261 bl/pie Velocidad anular = 99,92 pie/min Fórmula 2 24,5 x Q Dh2 – Dp2 donde Q = tasa de circulación,

Dh = diámetro interno de tubería de revestimiento u hoyo,

Dp = diámetro externo de tubería,

Ejemplo: flujo de salida de bomba = 530 gpm tamaño del hoyo = 12 ¼ pulg

diámetro externo de tubería = 4 ½” Velocidad anular =

Fórmulas Básicas 8 12

Fórmula 3 Flujo de salida de bomba,

bl/min x 1029,4 Dh2 – Dp2 Ejemplo: flujo de salida de bomba = 12,6 bl/min tamaño del hoyo = 12 ¼ pulg

diámetro externo de tubería = 4 ½” Velocidad anular,

bl/min x 1029,4 12,252 – 4,52 12970,44 Velocidad anular,

pie/min = 129,8125 Velocidad anular = 99,92 pie/min Velocidad anular,

Velocidad anular (AV),

bl/min Dh2 – Dp2 Ejemplo: flujo de salida de bomba = 12,6 bl/min tamaño del hoyo = 12 ¼ pulg

diámetro externo de tubería = 4 ½” Velocidad anular,

bl/min 12,252 – 4,52 216,216 Velocidad anular,

= 129,8125 Velocidad anular = 1,6656 pie/seg

Velocidad anular,

Flujo de salida de bomba,

requerida para una velocidad anular deseada,

pie/min (Dh2 – Dp2) 24,5 donde: AV = velocidad anular deseada,

pie/min Dh = diámetro interno de tubería de revestimiento o tamaño del hoyo,

Dp = diámetro externo de tubería,

Flujo de salida de bomba,

Ejemplo: velocidad anular deseada tamaño del hoyo

diámetro externo de tubería = 4 ½ pulg

Flujo de salida de bomba,

Fórmulas Básicas 9 120 x 129,8125 24,5 15577,5 24,5

Flujo de salida de bomba,

gpm = Flujo de salida de bomba,

gpm = Flujo de salida de bomba = 635,8 gpm

Emboladas por minuto (SPM) requeridas para una velocidad anular determinada Emboladas por minuto (SPM) = Ejemplo: velocidad anular capacidad anular Dh Dp flujo de salida de bomba

Velocidad anular,

bl/pie Flujo de salida de bomba,

bl/emb = 120 pie/min = 0,1261 bl/pie = 12 ¼ pulg = 4 ½ pulg = 0,136 bl/emb

Emboladas por minuto (SPM) =

Emboladas por minuto (SPM) =

Emboladas por minuto = 111,3

Fórmulas de Capacidad Capacidad anular entre tubería de revestimiento u hoyo y tubería de perforación,

tubería de producción o tubería de revestimiento Dh2 – Dp2 a) Capacidad anular,

bl/pie = 1029,4 Ejemplo: Tamaño del hoyo (Dh) = 12 ¼ pulg Diámetro externo de tubería de perforación (Dp) = 5,0 pulg 12,252 – 5,02 1029,4 Capacidad anular,

bl/pie = 0,12149 bl/pie Capacidad anular,

bl/pie = 8,23 pie/bl Capacidad anular,

Fórmulas Básicas 10 c) Capacidad anular,

Dh2 – Dp2 24,51

Ejemplo: Tamaño del hoyo (Dh) = 12 ¼ pulg Diámetro externo de tubería de perforación (Dp) = 5,0 pulg 12,252 – 5,02 24,51 Capacidad anular,

gal/pie = 5,1 gal/pie Capacidad anular,

Ejemplo: Tamaño del hoyo (Dh) = 12 ¼ pulg Diámetro externo de tubería de perforación (Dp) = 5,0 pulg 24,51 (12,252 – 5,02) = 0,19598 pie/gal

Capacidad anular,

Dh2 – Dp2 183,35

Ejemplo: Tamaño del hoyo (Dh) = 12 ¼ pulg Diámetro externo de tubería de perforación (Dp) = 5,0 pulg 12,252 – 5,02 183,35 Capacidad anular = 0,682097 pie3/pie lineal Capacidad anular,

Ejemplo: Tamaño del hoyo (Dh) = 12 ¼ pulg Diámetro externo de tubería de perforación (Dp) = 5,0 pulg 183,35 12,252 – 5,02 Capacidad anular = 1,466 pie lineal/pie3

Capacidad anular,

Capacidad anular entre tubería de revestimiento y múltiples sartas de tubería a) Capacidad anular entre tubería de revestimiento y múltiples sartas de tubería,

bl/pie: Dh2 – [(T1)2 + (T2)2] 1029,4 Ejemplo: Utilizando dos sartas de tubería del mismo tamaño: Capacidad anular,

Dh = tubería de revestimiento – 7,0 pulg – 29 lb/pie T1 = tubería N° 1 – 2-3/8 pulg T2 = tubería N° 2 – 2-3/8 pulg

Fórmulas Básicas 11

Capacidad anular,

b) Capacidad anular entre tubería de revestimiento y múltiples sartas de tubería,

Ejemplo: Utilizando dos sartas de tubería del mismo tamaño: Dh = tubería de revestimiento – 7,0 pulg – 29 lb/pie T1 = tubería N° 1 – 2-3/8 pulg T2 = tubería N° 2 – 2-3/8 pulg Capacidad anular,

c) Capacidad anular entre tubería de revestimiento y múltiples sartas de tubería,

Dh2 – [(T1)2 + (T2)2] 24,51

Ejemplo: Utilizando dos sartas de tubería de distintos tamaños: Dh = tubería de revestimiento – 7,0 pulg – 29 lb/pie T1 = tubería N° 1 – 2-3/8 pulg T2 = tubería N° 2 – 3 ½ pulg Capacidad anular,

Capacidad anular,

Capacidad anular

d) Capacidad anular entre tubería de revestimiento y múltiples sartas de tubería,

Fórmulas Básicas 12 Ejemplo: Utilizando dos sartas de tubería del mismo tamaño: Dh = tubería de revestimiento – 7,0 pulg – 29 lb/pie T1 = tubería N° 1 – 2-3/8 pulg T2 = tubería N° 2 – 3 ½ pulg Capacidad anular,

e) Capacidad anular entre tubería de revestimiento y múltiples sartas de tubería,

Capacidad anular,

Dh2 – [(T1)2 + (T2)2] 183,35

Ejemplo: Utilizando tres sartas de tubería: Dh = tubería de revestimiento – 9-5/8 pulg – 47 lb/pie T1 = tubería N° 1 – 3 ½ pulg T2 = tubería N° 2 – 3 ½ pulg T3 = tubería N° 3 – 3 ½ pulg

Capacidad anular,

Capacidad anular,

Capacidad anular

f) Capacidad anular entre tubería de revestimiento y múltiples sartas de tubería,

pie lineal/pie3: Capacidad anular,

Ejemplo: Utilizando tres sartas de tubería del mismo tamaño: Dh = tubería de revestimiento – 9-5/8 pulg – 47 lb/pie T1 = tubería N° 1 – 3 ½ pulg T2 = tubería N° 2 – 3 ½ pulg T3 = tubería N° 3 – 3 ½ pulg

Capacidad anular,

Capacidad anular,

Capacidad anular

Fórmulas Básicas 13

Capacidad de tubulares y hoyo abierto: tubería de perforación,

hoyo y cualquier objeto cilíndrico a) Capacidad,

Diámetro interno (ID),

Ejemplo: Determinar la capacidad,

de un hoyo de 12 ¼ pulg: Capacidad,

1029,4 Dh2

Ejemplo: Determinar la capacidad,

de un hoyo de 12 ¼ pulg: Capacidad,

Diámetro interno (ID),

Ejemplo: Determinar la capacidad,

de un hoyo de 8 ½ pulg: Capacidad,

8,52 24,51

24,51 ID,

Ejemplo: Determinar la capacidad,

de un hoyo de 8 ½ pulg: Capacidad,

24,51 8,52

Diámetro interno (ID),

Ejemplo: Determinar la capacidad,

Fórmulas Básicas 14

Capacidad,

183,35 ID,

Ejemplo: Determinar la capacidad,

de un hoyo de 6,0 pulg: Capacidad,

Cantidad de ripios generados por pie de hoyo perforado a) BARRILES de ripios generados por pie de hoyo perforado: Barriles =

Dh2 1029,4

Ejemplo: Determinar el número de barriles de ripios generados por un pie de un hoyo de 12 ¼ pulg

perforado con una porosidad de 20% (0,20): Barriles =

Barriles = 0,1457766 x 0,80 Barriles = 0,1166213 b) PIES CÚBICOS de ripios generados por pie de hoyo perforado: Pies cúbicos =

Dh2 144

Ejemplo: Determinar los pies cúbicos de ripios generados por un pie de un hoyo de 12 ¼ pulg

perforado con una porosidad de 20% (0,20): Pies cúbicos =

12,252 144

Pies cúbicos =

Pies cúbicos = 0,6547727 c) Total de sólidos generados: Wcg = 350 Ch x L'(1 – P) SG

Fórmulas Básicas 15 donde Wcg = sólidos generados,

libras Ch = capacidad del hoyo,

pies SG = gravedad específica de los ripios P = porosidad,

% Ejemplo: Determinar el número total de libras de sólidos generados en la perforación de 100 pies de hoyo de 12 ¼ pulg (0,1458 bl/pie)

Gravedad específica de los ripios = 2,40 g/cm

Porosidad = 20%

Wcg = 350 x 0,1458 x 100 (1 – 0,20) x 2,4 Wcg = 9797,26 libras

Perforación de Control Tasa de perforación máxima (MDR),

al perforar hoyos con diámetros grandes (14 ¾ pulg

peso de lodo tasa de saliente,

Ejemplo: Determinar la MDR,

necesaria para mantener el peso del lodo saliente en 9,7 ppg en la línea de flujo: Datos: Peso de lodo entrante Tasa de circulación Tamaño del hoyo

= 9,0 ppg = 530 gpm = 17 ½ pulg

Factor de Flotabilidad (“Buoyancy Factor – BF”) Factor de Flotabilidad utilizando peso de lodo,

Ejemplo: Determinar el factor de flotabilidad para un fluido con un peso de 15,0 ppg:

Fórmulas Básicas 16

Factor de flotabilidad =

Factor de flotabilidad = 0,77099 Factor de Flotabilidad utilizando peso de lodo,

lb/pie3 Factor de flotabilidad =

Ejemplo: Determinar el factor de flotabilidad para un fluido con un peso de 120 lb/pie3: Factor de flotabilidad =

- 120 489

Factor de flotabilidad = 0,7546

Presión Hidrostática (HP) Disminución Al Retirar la Tubería del Hoyo Al retirar tubería SECA Paso 1 Barriles desplazados

número de haces retirado

desplazamiento de la tubería,

Disminución en presión hidrostática (HP),

barriles desplazados x 0,052 x capacidad de tubería desplazamiento de revestimiento,

Ejemplo: Determinar la disminución de la presión hidrostática al retirar tubería SECA del hoyo: Número de haces retirado Longitud promedio por haz Desplazamiento de la tubería Capacidad de tubería de revestimiento Peso del lodo

Paso 1 Barriles desplazados

= 5 haces x 92 pie/haz x 0,0075 bl/pie

Barriles

Fórmulas Básicas 17 desplazados Paso 2 Disminución en presión = hidrostática (HP),

Disminución en presión hidrostática (HP),

Disminución en presión hidrostática (HP),

29,56 psi

11,5 ppg

11,5 ppg

Al retirar tubería HÚMEDA Paso 1 Barriles desplazados

número de haces retirado

desplazamiento de la tubería,

bl/pie + capacidad de la tubería,

Disminución en presión hidrostática (HP),

barriles desplazados desplazamiento de la tubería,

capacidad de bl/pie tubería de + revestimiento,

Ejemplo: Determinar la disminución de la presión hidrostática al retirar tubería SECA del hoyo: Número de haces retirado Longitud promedio por haz Desplazamiento de la tubería Capacidad de la tubería Capacidad de tubería de revestimiento Peso del lodo Paso 1

Fórmulas Básicas 18 Barriles desplazados Barriles desplazados

Paso 2 Disminución en presión = hidrostática (HP),

Barriles desplazados

Barriles desplazados

11,5 ppg

X 0,052 x 11,5 ppg

Pérdida de Sobreequilibrio Debido a Caída en Nivel de Lodo Pies de tubería retirada EN SECO para perder sobreequilibrio Pies =

de rev – desplazamiento de tub

ppg x 0,052 x desplazamiento de tubería,

Ejemplo: Determinar los PIES de tubería SECA que se debe retirar para perder el sobreequilibrio utilizando los siguientes datos: Cantidad de sobreequilibrio Capacidad de tubería de revestimiento Desplazamiento de la tubería Peso del lodo Pies =

= 150 psi = 0,0773 bl/pie = 0,0075 bl/pie = 11,5 ppg

Pies de tubería retirada HÚMEDA para perder sobreequilibrio Pies =

ppg x 0,052 x (capacidad de tub

Fórmulas Básicas 19 Ejemplo: Determinar los PIES de tubería HÚMEDA que se debe retirar para perder el sobreequilibrio utilizando los siguientes datos: Cantidad de sobreequilibrio Capacidad de tubería de revestimiento Capacidad de la tubería Desplazamiento de la tubería Peso del lodo

= 150 psi = 0,0773 bl/pie = 0,07446 bl/pie = 0,0075 bl/pie = 11,5 ppg

Temperatura de la Formación (FT) Temperatura de la Formación,

temperatura ambiental en superficie,

aumento de temperatura °F por pie de profundidad x TVD,

Ejemplo: Si el aumento de temperatura en un área específica es 0,012°F/pie de profundidad y la temperatura ambiental en la superficie es 70°F,

determinar la temperatura estimada de la formación a una profundidad vertical verdadera (TVD) de 15

°F = 70°F + (0,012°F/pie x 15

°F = 70°F + 180°F Temperatura de la Formación

= 250°F (temperatura estimada de la formación)

Caballos de Fuerza Hidráulica (HHP) HHP =

PxQ 1714

donde HHP = caballos de fuerza hidráulica P = presión circulante,

gpm Ejemplo: presión circulante = 2950 psi tasa de circulación = 520 gpm HHP =

Fórmulas Básicas 20 HHP = HHP =

Cálculos para Tubería de Perforación / Cuellos de Perforación Se puede calcular las capacidades,

utilizando las siguientes fórmulas: Capacidad,

Diámetro interno (ID) pulg,

2 1029,4

Desplazamiento,

bl/pie x 2747 lb/bl Ejemplo: Determinar la capacidad,

para los siguientes datos: Cuello de perforación – Diámetro externo (OD) Cuello de perforación – Diámetro interno (ID)

Convertir 13/16 al equivalente decimal: 13 ÷ 16 = 0,8125 a) Capacidad,

Desplazamiento,

lb/pie = 0,0544879 bl/pie x 2747 lb/bl Peso

Fórmulas de Reglas Generales Se puede estimar el peso,

lb/pie para CUELLOS DE PERFORACIÓN REGULARES utilizando la siguiente fórmula: Peso,

Fórmulas Básicas 21 Diámetro externo (OD) del cuello de perforación Diámetro interno (ID) del cuello de perforación Equivalente decimal Peso,

= (8,02 – 2,81252) 2,66 = 56,089844 x 2,66 = 149,19898 lb/pie

Se puede estimar el peso,

lb/pie para CUELLOS DE PERFORACIÓN ESPIRALES utilizando la siguiente fórmula: Peso,

= (8,02 – 2,81252) 2,56 = 56,089844 x 2,56 = 143,59 lb/pie

Presión de Bomba / Relación de Emboladas de la Bomba Fórmula Básica Nueva presión circulante,

emb/min tasa de bomba anterior,

Ejemplo: Determinar la nueva presión circulante,

utilizando los siguientes datos: Presión circulante actual Tasa de bomba anterior Tasa de bomba nuevo

= 1800 psi = 60 emb/min = 30 emb/min

Nueva presión circulante,

1800 psi

Nueva presión circulante,

Nueva presión circulante

450 psi

Determinación del factor exacto en la ecuación anterior

Fórmulas Básicas 22 La fórmula anterior es una estimación debido a que el factor “2” representa un número redondeado

Para determinar el factor preciso,

se debe obtener dos lecturas de presión a tasas de bomba distintas y utilizar la siguiente fórmula: Factor =

logaritmo (presión 1 ÷ presión 2) logaritmo (tasa de bomba 1 ÷ tasa de bomba 2)

Ejemplo: Presión 1 = 2500 psi @ 315 gpm Presión 2 = 450 psi @ 120 gpm Factor =

logaritmo (2500 psi ÷ 450 psi) logaritmo (315 gpm ÷ 120 gpm)

Factor =

logaritmo (5,5555556) logaritmo (2,625)

Factor =

Ejemplo: El mismo ejemplo anterior pero con el factor exacto: Nueva presión circulante,

1800 psi

Nueva presión circulante,

Nueva presión circulante

525 psi

Costo por Pie CT =

B + CR (t + T) F

Ejemplo: Determinar el costo de perforación (CT),

dólares por pie utilizando los siguientes datos: Costo de la mecha (B) Costo del taladro (CR) Tiempo de rotación (t) Tiempo de viaje,

ida y vuelta (T) (para profundidad – 10000 pies) Pies por mecha (F) CT =

66400 1300

= $ 2500 = $ 900/hora = 65 horas = 6 horas = 1300 pies

Fórmulas Básicas 23 Fórmulas para la Conversión de Temperatura Convertir temperatura,

° Fahrenheit (F) a ° Centígrado o ° Celsio (C) °C =

(°F – 32) 5 9

O °C = °F – 32 x 0,5556

Ejemplo: Convertir 95°F a °C: °C =

O °C = 95 – 32 x 0,5556

O °C = 35

Convertir temperatura ° Centígrado o ° Celsio (C) a ° Fahrenheit (F) °F =

(°C x 9) 5

O °F = °C x 1,8 + 32

Ejemplo: Convertir 24°C a °F: °F =

(24 x 9) 5

O °F = 24 x 1,8 + 32 O °F = 75,2

Convertir temperatura,

° Centígrado,

Celsio (C) a ° Kelvin (K) °K = °C + 273,16 Ejemplo: Convertir 35°C a °K: °K = 35 + 273,16 °K = 308,16 Convertir temperatura,

° Fahrenheit (F) a ° Rankine (R) °R = °F + 459,69 Ejemplo: Convertir 260 °F a °R: °R = 260 + 459,69 °R = 719,69 Fórmulas generales para la conversión de temperatura a) Convertir °F a °C °C = °F – 30 ÷ 2 Ejemplo: Convertir 95°F a °C: °C = 95 – 30 ÷ 2

Fórmulas Básicas 24 °C = 32,5 b) Convertir °C a °F °F = °C + °C + 30 Ejemplo: Convertir 24 °C a °F: °F = 24 + 24 + 30 °F = 78

CAPÍTULO DOS CÁLCULOS BÁSICOS

Volúmenes y Emboladas Volumen de la sarta de perforación,

Diámetro interno (ID),

Volumen anular,

2 – Dp,

2 1029,4

Emboladas para desplazar: sarta de perforación,

espacio anular y circulación total desde el kelly al colador vibratorio (“shale shaker”) Emboladas = barriles ÷ flujo de salida de la bomba,

Ejemplo: Determinar los volúmenes y emboladas para los siguientes: Tubería de perforación – 5,0 pulg – 19,5 lb/pie Diámetro interno Longitud

Cuellos de perforación – Diámetro externo (OD) 8,0 pulg Diámetro interno Longitud

Tubería de revestimiento – 13-3/8 pulg – 54,5 lb/pie Diámetro interno Longitud

Datos de la bomba – 7 pulg por 12 pulg,

triplex Eficiencia Flujo de salida

Tamaño del hoyo

Cálculos Básicos 26 Volumen de la sarta de perforación a) Volumen de la tubería de perforación,

Barriles = 0,01776 x 9400 pies Barriles = 166,94 b) Volumen del cuello de perforación,

Barriles =

Barriles = 0,0087 x 600 pies Barriles = 5,24 c) Volumen total de la sarta de perforación: Volumen total de la sarta de perforación,

bl = 166,94 bl + 5,24 bl Volumen total de la sarta de perforación = 172,18 bl Volumen anular a) Cuello de perforación/hoyo abierto: Barriles =

Barriles = 0,0836 x 600 pies Barriles = 50,16 b) Tubería de perforación/hoyo abierto: Barriles =

Barriles = 0,12149 x 4900 pies Barriles = 595,3 c) Tubería de perforación/hoyo entubado: Barriles =

Barriles = 0,130307 x 4500 pies Barriles = 586,38 d) Volumen anular total: Volumen anular total = 50,16 + 595,3 + 586,38 Volumen anular total = 1231,84 barriles

Cálculos Básicos 27 Emboladas a) Emboladas desde la superficie hasta la mecha: Emboladas = volumen de la sarta de perforación,

bl ÷ flujo de salida de la bomba,

bl/emb Emboladas desde la superficie hasta la mecha = 172,16 bl ÷ 0,136 bl/emb

Emboladas desde la superficie hasta la mecha = 1266 b) Desde la mecha hasta la superficie (o emboladas desde el fondo): Emboladas = volumen anular,

bl ÷ flujo de salida de la bomba,

bl/emb Emboladas desde la mecha hasta la superficie = 1231,84 bl ÷ 0,136 bl/emb Emboladas desde la mecha hasta la superficie = 9058 c) Total de emboladas requeridas para bombear desde el kelly hasta el colador vibratorio (“shaker”): Emboladas = vol

bl ÷ flujo de salida de bomba,

Total de emboladas = (172,16 + 1231,84) ÷ 0,136 Total de emboladas = 1404 ÷ 0,136 Total de emboladas = 10

Cálculos para Tarrugas ("Slugs") Barriles de slug requeridos para una longitud deseada de tubería seca Paso 1 Presión hidrostática requerida para lograr caída deseada dentro de la tubería de perforación: Presión hidrostática,

ppg x 0,052 x pies de tubería seca Paso 2 Diferencia en gradiente de presión entre el peso del slug y peso de lodo: psi/pie = (peso de slug,

ppg) x 0,052 Paso 3 Longitud de slug en tubería de perforación: Longitud de slug,

diferencia en gradiente de presión,

Paso 4 Volumen de slug,

capacidad de tubería de perforación,

Ejemplo: Determinar los barriles de slug requeridos para los siguientes parámetros:

Cálculos Básicos 28 Longitud de tubería seca deseada (2 haces) Peso de lodo Peso de slug Capacidad de la tubería de perforación 4 ½ pulg – 16,6 lb/pie

= 184 pie = 12,2 ppg = 13,2 ppg = 0,01422 bl/pie

Paso 1 Presión hidrostática requerida: Presión hidrostática,

psi = 12,2 ppg x 0,052 x 184 pie Presión hidrostática

Paso 2 Diferencia en gradiente de presión,

psi/pie: psi/pie = (13,2 ppg – 12,2 ppg) x 0,052 psi/pie = 0,052 Paso 3 Longitud de slug en tubería de perforación,

pie = 117 psi ÷ 0,052 Longitud de slug

Paso 4 Volumen de slug,

bl = 2250 pie x 0,01422 bl/pie Vol

Peso de slug requerido para una longitud de tubería seca deseada con un volumen de slug fijo Paso 1 Longitud de slug en tubería seca,

bl ÷ capacidad de tubería de perforación,

bl/pie Paso 2 Presión hidrostática requerida para lograr caída deseada dentro de la tubería de perforación: Presión hidrostática,

ppg x 0,052 x pie de tubería seca Paso 3 Peso de slug,

psi ÷ 0,052 ÷ longitud de slug,

ppg Ejemplo: Determinar el peso de slug requerido para los siguientes parámetros:

Cálculos Básicos 29 Longitud de tubería seca deseada (2 haces) Peso de lodo Volumen de slug Capacidad de la tubería de perforación 4 ½ pulg – 16,6 lb/pie

= 184 pie = 12,2 ppg = 25 bl = 0,01422 bl/pie

Paso 1 Longitud de slug en tubería de perforación,

pie = 25 bl ÷ 0,01422 bl/pie Longitud de slug

Paso 2 Presión hidrostática requerida: Presión hidrostática,

psi = 12,2 ppg x 0,052 x 184 pie Presión hidrostática

Paso 3 Peso de slug,

ppg = 117 psi ÷0,052 ÷ 1758 pies + 12,2 ppg Peso de slug,

ppg = 1,3 ppg + 12,2 ppg Peso de slug

Volumen,

altura y presión ganados debido al slug: a) Aumento del volumen de presa del lodo después de bombear el slug,

bl = pies de tubería seca x capacidad de tubería de perforación,

que slug ocuparía en espacio anular: Altura,

pie = volumen del espacio anular,

bl c) Presión hidrostática ganada en espacio anular debido al slug: Presión hidrostática,

altura de slug en espacio anular,

entre peso de slug y peso de lodo

Ejemplo:Pies de tubería seca (2 haces) Volumen del slug Peso del slug Peso del lodo Capacidad de tubería de perforación 4 ½ pulg

= 184 pies = 32,4 bl = 13,2 ppg = 12,2 ppg = 0,01422 bl/pie = 19,8 pie/bl

a) Aumento en volumen de presa del lodo después de bombear el slug debido a tubo en U: Vol

Cálculos Básicos 30 Vol

que slug ocuparía en el espacio anular: Altura,

pie = 19,8 pie/bl x 32,4 bl Altura

c) Presión hidrostática ganada en espacio anular debido al slug: Presión hidrostática,

psi = 641,5 pie (13,2 – 12,2) x 0,052 Presión hidrostática,

psi = 641,5 pie x 0,052 Presión hidrostática

Capacidad del Acumulador – Volumen Utilizable Por Botella Volumen Utilizable Por Botella NOTA: Se utilizarán los siguientes parámetros como guía: Volumen por botella Presión de pre-carga Presión mínima que permanece después de la activación Gradiente de presión del fluido hidráulico Presión máxima

= 10 gal = 100 psi = 1200 psi = 0,445 psi/pie = 3000 psi

Se ajustará y utilizará la Ley de Boyle para gases ideales en la siguiente manera: P1 V1 = P2 V2 Aplicación en la Superficie Paso 1 Determinar el fluido hidráulico necesario para aumentar la presión desde la presión de pre-carga hasta la presión mínima: P1 V1 = P2 V2 1000 psi x 10 gal = 1200 psi x V2 10

000 1200

= V2 V2 = 8,33 El nitrógeno ha sido comprimido desde 10,0 gal a 8,33 gal

La presión no debe caer por debajo de este valor mínimo

Cálculos Básicos 31 Paso 2 Determinar el fluido hidráulico necesario para aumentar la presión desde la presión de pre-carga hasta la presión máxima: P1 V1 = P2 V2 1000 psi x 10 gal = 3000 psi x V2 10

000 3000

= V2 V2 = 3,33 El nitrógeno ha sido comprimido desde 10,0 gal a 3,33 gal

Total de fluido hidráulico / botella

Fluido hidráulico muerto / botella

Aplicación Submarina En aplicaciones submarinas la presión hidrostática ejercida por el fluido hidrostático debe ser compensada en los cálculos: Ejemplo: Los mismos parámetros que se utilizaron en las aplicaciones en la superficie: Profundidad de agua Presión hidrostática del fluido hidráulico

Paso 1 Ajustar todas las presiones para la presión hidrostática del fluido hidráulico: Presión de pre-carga = 1000 psi + 445 psi = 1445 psi Presión mínima = 1200 psi + 445 psi = 1645 psi Presión máxima = 3000 psi + 445 psi = 3445 psi Paso 2 Determinar el fluido hidráulico necesario para aumentar la presión desde la presión de pre-carga hasta la presión mínima: P1 V1 = P2 V2 1445 psi x 10 gal = 1645 psi x V2 14450 1645

Cálculos Básicos 32 V2 = 8,78 gal 10,0 – 8,78 = 1,22 gal de fluido hidráulico muerto por botella Paso 3 Determinar el fluido hidráulico necesario para aumentar la presión desde la presión de pre-carga hasta la presión máxima: P1 V1 = P2 V2 1445 psi x 10 gal = 3445 psi x V2 14450 3445

Total de fluido hidráulico / botella

Fluido hidráulico muerto / botella

Presión de Pre-Carga del Acumulador El siguiente es un método para medir la presión de pre-carga promedia del acumulador al operar la unidad con las bombas de carga apagadas: P,

Pf x Ps Ps

donde P = presión de pre-carga promedia,

psi Pf = presión final del acumulador,

psi Ps = presión inicial del acumulador,

psi Ejemplo: Determinar la presión de pre-carga promedia utilizando los siguientes datos: Presión inicial del acumulador (Ps) Presión final del acumulador (Pf) Volumen de fluido removido Volumen total del acumulador P,

= 3000 psi = 2200 psi = 20 gal = 180 gal

Cálculos Básicos 33 P,

000 800

Densidad en Masa de Ripios de Perforación (Utilizando Balanza para Lodo) Procedimiento: 1

Los ripios deben ser lavados para remover el lodo

En caso de lodo a base de aceite,

se puede utilizar diesel en lugar de agua

Ajustar la balanza para lodo a 8,33 ppg

Llenar la balanza para lodo con ripios hasta lograr un equilibrio con la tapa puesta

Remover la tapa,

llenar el tazón con agua (ripios incluidos),

colocar tapa de nuevo y secar la parte externa de la balanza para lodo

Mover el contrapeso para obtener nuevo equilibrio

Se calcula la gravedad específica de los ripios en la siguiente manera: SG =

donde SG = gravedad específica de los ripios – densidad en masa Rw = peso resultante con ripios más agua,

Determinar la densidad en masa de los ripios: SG =

1 0,344

SG = 2,91

Diseño de la Sarta de Perforación (Limitaciones) Se determinarán los siguientes parámetros: Longitud del conjunto de fondo (BHA) necesaria para un peso sobre la mecha (WOB) deseado

Pies de tubería de perforación que se pueden utilizar con un conjunto de fondo específico (BHA)

Cálculos Básicos 34 1

Longitud del conjunto de fondo necesaria para un peso sobre la mecha deseado: Longitud,

WOB f Wdc BF

WOB x f Wdc x BF = peso deseado a utilizar durante la perforación = factor de seguridad para colocar punto neutral en cuellos de perforación = peso del cuello de perforación,

lb/pie = factor de flotabilidad

Ejemplo: WOB deseado durante la perforación = 50

Solución: a) Factor de Flotabilidad (BF): BF =

BF = 0,8168 b) Longitud de conjunto de fondo necesaria: Longitud,

Longitud,

Longitud

Pies de tubería de perforación que se pueden utilizar con un conjunto de fondo específico (BHA) NOTA: Obtener la resistencia a la tracción de tubería nueva del manual de cementación u otra fuente

a) Determinar el factor de flotabilidad (BF): BF =

b) Determinar la máxima longitud de tubería que se puede correr en el hoyo con un conjunto de fondo específico: Longitudmax = donde

T f MOP Wbha

[(T x f) – MOP – Wbha] x BF Wdp = resistencia a la tracción,

lb de la tubería nueva = factor de seguridad para corregir tubería nueva a tubería No

Cálculos Básicos 35 Wdp BF

= peso de la tubería de perforación en el aire,

incluyendo la rosca de unión de tubería vástago (“tool joint”) = factor de flotabilidad

c) Determinar la profundidad total que se puede alcanzar con un conjunto de fondo específico: Profundidad total,

pie = longitudmax + longitud del BHA Ejemplo: Tubería de perforación (5,0 pulg) Resistencia a la tracción Peso del BHA en el aire Longitud del BHA “Overpull” deseado Peso del lodo Factor de seguridad

= 21,87 lb/pie – Grado G =554

a) Factor de flotabilidad: BF =

BF = 0,7939 b) Longitud máxima de tubería de perforación que se puede correr en el hoyo: Longitudmax =

000 – 50

Longitudmax =

Longitudmax =

655 pies

c) Profundidad total que se puede alcanzar con este BHA y esta tubería de perforación: Profundidad total,

155 pie

Cálculos de Toneladas-Millas (TM) Se deberá calcular y registrar todo tipo de servicio de toneladas-millas para obtener una imagen verdadera del servicio total recibido de la línea de perforación rotativa

Estos incluyen: 1

Toneladas-millas de viajes ida y vuelta 2

Toneladas-millas de perforación o “conexión” 3

Toneladas-millas de toma de núcleos 4

Toneladas-millas por asentar tubería de revestimiento 5

Toneladas-millas de viajes cortos

Cálculos Básicos 36 Toneladas-millas de viajes ida y vuelta (RTTM) RTTM =

Wp x D'x (Lp + D) + (2 x D) (2 x Wb + Wc) 5280 x 2000

donde RTTM = toneladas-millas de viajes ida y vuelta Wp = peso sostenido por flotación de la tubería de perforación,

lb/pie D'= profundidad del hoyo,

pie Lp = longitud de una haz de tubería de perforación,

pie Wb = peso del ensamblaje del bloque viajero,

lb Wc = peso sostenido por flotación de los cuellos de perforación en el lodo menos el peso sostenido por flotación de la misma longitud de tubería de perforación,

lb 2000 = número de libras en una tonelada 5280 = número de pies en una milla Ejemplo: Toneladas-millas de viaje ida y vuelta Peso de lodo Profundidad medida Peso de la tubería de perforación Peso del cuello de perforación Longitud del cuello de perforación Ensamblaje del bloque viajero Longitud promedia de una haz

= 9,6 ppg = 4000 pies = 13,3 lb/pie = 83 lb/pie = 300 pies = 15

Solución: a) Factor de flotabilidad: BF = 65,5 – 9,6 ppg ÷ 65,5 BF = 0,8534 b) Peso sostenido por flotación de la tubería de perforación en lodo,

lb/pie (Wp): Wp = 65,5 – 9,6 ppg ÷ 65,5 Wp = 11,35 lb/pie c) Peso sostenido por flotación de cuellos de perforación en lodo menos el peso sost