Curso Hidraulica - Español

HIDRAULICA DE HERRAMIENTASHidraulica Aplicada a Completaciones de Pozos - *
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Hidraulica Aplicada a Completaciones de Pozos - *
Modulo 1
Tubería Taponada
Módulo 1
Ejemplo: 1.0 metro = 10 decímetros = 1000 milímetros
1.0 Newton = 0.1 decanewton
1.0 kilopascal = 1000 pascales
UNIDADES: pulgada (inch) in
UNIDADES: pulgada cuadrada (square inch) in2
milímetro cuadrado (square millimeter) mm2
metro cuadrado (square meter) m2
EQUIVALENCIAS:
VOLUMEN
barril (barrel) bbl
litro (liter) l
EQUIVALENCIAS:
UNIDADES: libras (pound) lbf
FUERZA
PRESION
UNIDADES DE MEDICION – PRESION
Longitud (pulgadas a milímetros)
Longitud (pie a metro)
Fuerza (librasf a kilogramosf)
Presión (psi a kg/cm2)
Ejemplo:
AREA = P x r2
AREA = P/4 x ID2
AREA = 0.7854 x ID2
AREA = L x A
AREA ANULAR = 0.785 x (CASING ID2 - TUBING OD2)
AREA ANULAR = 0.785 x (ID2 mayor – ID menor2)
ANNULAR AREA
AREA & VOLUMEN
VOLUMEN = 0.785 x D2 x H
VOLUMEN = L x W x H
AREA & VOLUMEN
DI casing = 4.892 in (Manual de campo)
Area = 0.785 x (4.892)2 = 18.786 in2
Volumen = 18.786 in2 x 12 in = 225.436 in3
Luego, convirtiendo in3 a…
Volumen por 1 pie = 225.436 / 231 = 0.9759 gal/ft
Volumen por 1 pie = 225.436 / 9,702 = 0.02324 bbl/ft
Volumen por 1 m = 225.436 / 18.588 = 12.128 l/m
Ejemplo: Calcular la capacidad (volumen) de 1.0 ft de longitud de casing 5-1/2” de OD de 17 lb/ft
CAPACIDAD (VOLUMEN) – EJEMPLO TUBULAR
DI de casing = 4.892 in (Manual de campo) ……area mayor
DE de tubing = 2.875 in……. Area menor
Area = 0.785 x (4.8922 - 2.8752) = 12.298 in2
Volume = 12.298 in2 x 12 in = 147.574 in3
Luego, convirtiendo in3 a galones y a barriles por pie…
Volumen por 1 pie = 147.574 / 231 = 0.6388 gal/ft
Volumen por 1 pie = 147.574 / 9702 = 0.01521 bbl/ft
Ejemplo: Calcular el volumen anular de 1ft de longitud entre un tubing 2- 7/8” dentro de un casing de 5-1/2” 17 lb/ft
CAPACIDAD (VOLUMEN) – EJEMPLO ANULAR
Ejemplos:
A = 6.489 in2
F = 25,954 lb (hacia arriba o abajo)
P = F / A
P = 4,000 psi
A = F / P
A = 6.489 in2
‘LA FUERZA DE UNA LIBRA DE PESO QUE ACTUA SOBRE UNA SUPERFICIE DE UNA PULGADA CUADRADA DE UN PISTON EJERCE UNA PRESION DE 1 PSI’
PRESION – CONCEPTO
‘LA PRESION QUE ACTUA SOBRE EL AREA TOTAL DE UN CUERPO SUMERGIDO EN UN FLUIDO A UNA PROFUNDIDAD DETERMINADA, SE TRANSMITE INTEGRAMENTE A ESTE Y ACTUA EN TODAS LAS DIRECCIONES’
PRESION – CONCEPTO
PROFUNDIDAD = H
DENSIDAD: es el peso de una unidad de volumen de fluido. Se mide en ‘lb/gal’ o ‘kg/l’ o ‘g/cm3’. Se expresa también como GRAVEDAD ESPECIFICA ‘SG’.
PRESION HIDROSTATICA: es la multiplicación entre el valor del peso del fluido, la altura VERTICAL total de ese fluido y una constante.
PRESION APLICADA: es la presión generada por un medio EXTERNO ya sea la de una bomba en superficie o la de formación en fondo.
PRESION TOTAL: es la suma de la presión hidrostática y la presión aplicada.
PRESION – DEFINICIONES
Presion hidrostatica… ¿podemos tener mas de una hidrostática en un pozo?... Porque?
DENSIDAD
Es el peso de una unidad de volumen de fluido determinado
Se expresa en ‘lb/gal’ o en ‘SG’ (SG no tiene unidad)
SG se multiplica por el peso del agua dulce
El peso del agua dulce es 1,000 kg/m3 or 8.337 lb/gal
Densidad [lb/gal]= Specific Gravity x 8.337 lb/gal
Ejemplo: Calcular la densidad en [lb/gal] de un fluido de 0.85
Densidad = 0.85 x 8.337 lb/gal = 7.086 lb/gal
DENSIDAD – CONCEPTO
PRESION HIDROSTATICA
Varia con la altura vertical de la columna de fluido
Calculada conociendo densidad y altura de fluido:
Presión Hidrostatica [psi] = 0.052 x lb/gal x ft
También se puede calcular a partir del gradiente de fluido [psi/ft] el cual es igual a 0.052 veces la densidad del fluido [lbs/gal].
Presión Hidrostatica [psi] = Fluid Gradient (psi/ft) x ft
PRESION HIDROSTATICA – CONCEPTO
PRESION – ALTURAS (PROFUNDIDADES)
PRESION – DENSIDAD vs. NIVEL
ALTURA DE FLUIDO ‘H’
Presión Hidrostática = 0.052 x DENSIDAD x ALTURA
= 0.052 x 8.9 lb/gal x (9,350 ft - 3,937 ft)
= 0.052 x 8.9 x 5,413 ft
= 2,505 psi
Ejemplo: ¿Cuál será la presión hidrostática al packer si la densidad del fluido es de 8.9 lb/gal, si el empacador está a 9,350 ft y el nivel de fluido está a 3,937 ft desde la superficie?
PRESION HIDROSTATICA – CALCULO
PRESION APLICADA
Es la presión generada por una bomba, un compresor o por la formación del pozo.
Constante, SIN IMPORTAR la densidad del fluido o la profundidad
Como TODA presión actúa en todas las direcciones
PRESION TOTAL
PRESION APLICADA & TOTAL – CONCEPTO
Densidad = 1.07 x 8.337 lb/gal = 8.921 lb/gal
P. Hidrostática = 0.052 x 8.921 lb/gal x 9,350 ft = 4,337 psi
Presión Aplicada = 1,600 psi
Presión Total = 1,600psi + 4,337psi = 5,937 psi
Ejemplo: Calcular la presión TOTAL al empacador si el fluido tiene una SG de 1.07, el empacador está a 9,350ft y si la presión de bomba en superficie es de 1,600psi.
PRESION TOTAL – CALCULO
‘PRESION DIFERENCIAL ES LA PRESION QUE ACTUA A TRAVES DE UN DISPOSITIVO SELLANTE , COMO POR EJEMPLO UN EMPACADOR, UN TAPON, UN RETENEDOR DE CEMENTO, UN PISTON, ETC’
Presión Diferencial = Presión Total MAYOR – Presión Total menor
PRESION DIFERENCIAL – CONCEPTO
Presión Total por Tubing (directa)
Dens. Petróleo = 6.878 lb/gal
Presión Total por anular
Total Pressure = 0 psi + 2,445 psi = 2445 psi
PRESION DIFERENCIAL
Ejemplo: ¿cuál es la presión diferencial a través del empacador?
3500 psi
Petróleo 40°
4700 ft
FIN MODULO N°1
Módulo 2
Las fuerzas son creadas por una presión cuando éstas actúan sobre el área de un pistón
Fuerza = Presión x Area
Ejemplo:
¿Cuál es la fuerza creada por una presión de 3,500 psi que actúa sobre un pistón de 1.75 in de diámetro?
Area = 0.785 x (1.75)2 = 2.40 in2
Force = 3,500 psi x 2.40 in2 = 8,400 lbs
FUERZAS & AREAS
Este principio se basa en la presión que ejerce el fluido sobre la superficie del objeto sumergido.
Su análisis contempla la naturaleza de los fluidos, la presión aplicada, la geometría de la sección de la sarta, de si hay presente un arreglo de sellos introducido en un empacador, etc.
‘Un objeto sumergido en un líquido es empujado hacia arriba por una fuerza igual a la del peso del volúmen del líquido que éste desplaza. Ese empuje es llamado Fuerza de Flotación’
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
‘La fuerza de flotación es el efecto neto de los fluidos en la sarta’
La indicación del peso es la medición más IMPORTANTE de lo que está ocurriendo en el pozo.
Para analizar apropiadamente ésta información, debemos SABER LEER lo que éstas lecturas nos dicen.
La DIFERENCIA entre lo que muestra el indicador de peso (Martin Decker) y lo que nosotros hemos calculado previo a nuestro trabajo en el campo, puede interpretarse como compresión o tensión en el empacador, fricción del pozo o ser el resultado de una columna desbalanceada de fluido.
Antes de determinar el peso de la sarta en el fluido DEBEMOS conocer y calcular el peso de ésta en el aire.
FLOTACION E INDICACION DEL PESO
Ejemplo:
¿Cuál es el peso en el aire de una sarta compuesta de 3,100ft de tubing de 2-7/8” 6.5 lb/ft y de 650ft de 2-3/8” 4.7 lb/ft?
Peso en el aire de cada sarta:
6.50 lb/ft x 3,100 ft = 20,150 lb
4.70 lb/ft x 650 ft = 3,055 lb
Peso Total de la sarta compuesta:
=20,150 lb + 3,055 lb = 23,205 lb
3,100 ft of 2-7/8” 6.50 lb/ft
650 ft of 2-3/8” 4.70 lb/ft
PESO DE LA SARTA EN EL AIRE
El peso de la sarta sumergida en el fluido difiere de su peso en el aire.
La sarta de tubería sumergida en un fluido experimentará una fuerza que la empuja desde el fondo hacia arriba.
La Fuerza es igual a la Presión Total en el fondo actuando en el área de la cola de la sarta.
La fuerza de flotación intenta levantar la sarta del pozo de tal modo que reduce la lectura del indicador del peso.
PESO DE LA SARTA EN EL FLUIDO
Tubería haciendo sello dentro de un empacador con un fluido diferente en el anular.
El fluido en el anular no “tiene ni ve” un área para actuar y entonces NO afecta la lectura del Indicador de peso.
Pero… en el caso mostrado, el fluido del anular afectría si tuviésemos:
Un OD del Tbg diferente al del Packer Seal Bore (PSB)
Sarta compuesta
Convención de signos
Fuerzas hacia abajo son “+” (incremento del peso de la sarta en el aire leido en el Martin Decker)
Fuerzas hacia arriba son “-” (disminución del peso de la sarta en el aire leido en el Martin Decker)
PESO DE LA SARTA EN EL FLUIDO
Ejemplo
¿Cuál es la lectura del peso de una sarta de 4,600ft de 2-7/8” 6.5 lb/ft llena de agua dulce sumergida en un pozo que por entrecaño tiene lodo? (el PSB = tubing OD).
Peso en el aire =6.5 x 4,600 = 29,900 lb
Area TBG =0.785 x (2.8752 - 2.4412)
=1.811in2
=1,994 psi
= 3,612 lb
= 26,288 lb
Fuerza A: actúa hacia abajo incrementando la lectura del peso en el indicador.
(Se calcula como la Presión TOTAL a la profundidad del x-over actuando en el área anular dada por la diferencia de los ID’s de los tubulares)
Fuerza B: actúa hacia arriba disminuyendo la lectura del peso en el indicador.
(Se calcula como la Presión TOTAL a la profundidad del x-over actuando en el área anular dada por la diferencia de los OD’s de los tubulares)
PESO DE UNA SARTA COMBINADA EN FLUIDO
A
B
C
Fuerza C: actúa hacia arriba disminuyendo la lectura del peso en el indicador.
(Se calcula como la Presión TOTAL a la profundidad de la cola actuando en el área anular del tubular de menor sección (el inferior, como muestra el gráfico)).
¿CUAL SERA EL PESO DE LA SARTA COMBINADA?
Calcule el peso de la sarta completa en el aire y luego sume o reste las tres fuerzas adicionales presentes (según sea la fuerza hacia abajo o hacia arriba respectivamente)
‘SIEMPRE HAGA UN DIBUJO Y TENGA EN CUENTA EL SENTIDO DE LAS FUERZAS’
A
B
C
Debemos comenzar determinando la presión (por directa y por anular) a la profundidad del x-over…
Densidad del Petróleo 45° API = 6.683 lb/gal (Manual de campo)
Ptbg = 0.052 x 6.683 x 6,900
Ptbg = 2,398 psi
Pann = 3,444 psi
Ejemplo
¿Cuál será el peso total de ésta sarta si el tubing está lleno de petróleo de 45° API y salmuera de 9.6 lb/gal por espacio anular?
A
B
C
9,800 ft
La gravedad específica del petróleo la leemos en lb/gal de algun manual de campo. Un petróleo de 45°API tiene una densidad de 6.683 lb/gal
Calcule las áreas de TODOS los tubulares de la sarta…
OD 2-7/8 = 0.785 x 2.8752 = 6.489 in2
OD 2-3/8 = 0.785 x 2.3752 = 4.428 in2
ID 2-7/8 = 0.785 x 2.4412 = 4.677 in2
ID 2-3/8 = 0.785 x 1.9952 = 3.124 in2
Calcule el peso en el Aire de la sarta combinada…
Wt 2-7/8 = 6.5 x 6,900 = +44,850 lb
Wt 2-3/8 = 4.7 x (9,800 - 6,900) = +13,630 lb
A
B
C
Fuerza A
Fuerza = 2,398 psi x 1.553 lb = +3,724 lb
Fuerza B
Fuerza = 3,440 psi x 2.061 in2 = -7,090 lb
Fuerza C
Pres @ Pkr= 0.052 x 6.683 x 9,800= 3,406 psi
Fuerza = 3,406 psi x 1.304 in2 = - 4,441 lb
A
B
C
…FINALMENTE, AL PESO DE LA SARTA EN EL AIRE DEBE RESTARLE LAS FUERZAS DE EMPUJE Y OBTENDRA EL PESO DE LA SARTA COMBINADA SUMERGIDA EN EL SISTEMA FLUIDO DADO…
Peso TBG 2-7/8” en el Aire +44,850 lb
Peso TBG 2-3/8” en el Aire +13,630 lb
Peso Total sarta en Aire +58,480 lb
Fuerza A +3,724 lb
Fuerza B -7,090 lb
Fuerza C -4,441 lb
A
B
C
*** RECUERDE… ***
…HACER SIEMPRE UN DIBUJO ESQUEMATICO DEL POZO.
…NO ESTA SOLO Y SI NO SABE O SI TIENE DUDAS DEBE PREGUNTAR A SU SUPERVISOR (SOMOS UN EQUIPO DE TRABAJO).
…USTED ES UN PROFESIONAL
…USTED ES “LA CARA” DE LA EMPRESA FRENTE AL CLIENTE CUANDO ESTA OPERANDO EN CAMPO.
RECORDATORIO
FIN MODULO N°2
Módulo 3
Efectos En Tubing Taponado
PSB > Tubing OD
CONFIGURACION DE SELLOS
OD
ID
PSB
Tubing OD < PSB
Presión por Tubing
Fuerza A empuja hacia arriba (reduce el valor de la lectura del peso en el indicador)
La presión por el Tubing puede “sacar” los sellos del receptáculo del empacador.
Presión por Anular
Fuerza B empuja hacia abajo (incrementa el valor de la lectura del peso en el indicador)
La presión por el espacio anular previene y ayuda a mantener los sellos dentro del empacador.
CONFIGURACION DE SELLOS – CASO 1
PSB
OD
ID
Tubing OD & ID > PSB
Fuerza A empuja hacia arriba
Fuerza B & C hacia abajo
Fuerza A y Fuerza B se cancelan mutuamente una a otra. El resultado neto es la resultante Fuerza C hacia abajo
La presión por Tubing carga peso sobre el empacador
Presión por Anular
La Presión por Anular “quiere sacar” los sellos.
PSB
OD
ID
Tubing OD > PSB >Tubing ID
Presión por Tubing
La presión por Tubing puede “sacar” los sellos del receptáculo.
Annulus Pressure
La presión por anular puede “sacar” los sellos del receptáculo.
PSB
ID
OD
Ejemplo: Un empacador permanente de 3.250 in de seal bore a 4,600 ft de profundidad fijado en Casing 7” 29 lb/ft y vinculado con Tubing 2-3/8” 4.7 lb/ft. El pozo produce petróleo de densidad 0.5 lb/gal y el fluido de completación es de 8.8 lb/gal
¿Cuál es la carga en el gancho que veremos cuando el arreglo de sellos se salga del empacador?
CARGA EN EL GANCHO PARA SACAR LOS SELLOS
Area Tubing OD = 0.785 x 2.3752
= 4.428 in2
= 3.124 in2
= 8.292 in2
= Area Seal Bore – Area Tubing ID
= 8.292 - 3.124 = 5.168 in2
= Seal Bore Area - Tubing OD Area
= 8.292 - 4.428 = 3.864 in2
Presión Hidrostatica por Tubing
= 1,794 psi
= 2,094 psi
Fuerza causada por la Hidrostática del Tubing = Area Afectada por la Presión del Tbg x Presión Hidrostática por Tbg = 5.168 in2 x 1,794 psi
= -9271 lb
Fuerza causada por la Hidrostática del Anular = Area Afectada por la Presión del Anular x Presión Hidrostática por Anular = 3.864 in2 x 2,094 psi
= +8,091 lb ¯
Peso del Tubing en el Aire = 4.7 lb/ft x 4,600 ft = +21,620 lb ¯
Cálculo de Fuerzas…
Fuerza por la Hidrostática del Tubing: -9,271 lb
Fuerza por la Hidrostática del Anular: +8,091 lb
Diferencia o Fuerza de Flotación -1,180 lb
Peso de la Sarta en el Aire: +21,620 lb
FINALMENTE LA CARGA QUE LEEREMOS EN EL MD CUANDO LOS SELLOS COMIENSEN A SALIRSE DEL EMPACADOR SERA DE +20,440 lb (HACIA ABAJO)
Sumatoria de Fuerzas…
Ejemplo:
Un empacador permanente con un seal bore de 3.250 in está fijado a 4,600 ft de profundidad en un pozo con casing de 7” 29 lb/ft y vinculado con Tubing de 2-3/8” 4.7 lb/ft. El fluido de producción es petróleo de 7.5 lb/gal y el de terminación es de 8.8 lb/gal.
Se desea conocer cuál es la presión por directa que expulsaría los sellos si se aplicara.
PRESION PARA EXPULSAR LOS SELLOS
Peso máximo que llegará al empacador = +7,700 lb¯ (weight on packer chart)
Fuerza generada por la presión hidrostática del…

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