PRINCIPIOS DE PRESION

PRESION

La presión es la fuerza que se ejerce sobre una unidad de área, tal como libras

Sobre pulgadas cuadradas (psi).

PRESION DE UN FLUIDO

Todos los fluidos ejercen presión. Esta presión es el resultado de la densidad del fluido y la

altura de la columna de fluido. La densidad es normalmente medida en libras por galón

(ppg) o kilogramos por metro cúbico (kg/m³).

Un fluido pesado ejerce más presión porque su densidad es mayor.

La fuerza o presión que un fluido ejerce en cualquier punto dado es normalmente medida

en libras por pulgada cuadrada (psi) o en el sistema métrico, bar. Para averiguar cuanta

presión ejerce un fluido de una densidad dada por cada unidad de longitud, usamos el

gradiente de presión.

GRADIENTE DE PRESION

Gradiente de presión es el aumento de presión por unidad de profundidad debido a su

densidad. Esta dado en libras por galón (ppg) para medir la densidad y para profundidad

en (pie).

La presión se incrementa en forma predecible con la profundidad, en las áreas de presión

normal. El gradiente de presión hidrostática normal para el agua dulce es de 0,433 psi/pie,

Las desviaciones respecto de la presión normal se describen como presión alta o baja.

Gradiente de Presión = Densidad del fluido x Factor de Conversión

El factor de conversión usado para convertir la densidad en gradiente en el sistema inglés

es 0.052. En el sistema métrico, es 0.0000981.

Ejemplo

¿Cuál es el gradiente de presión de un fluido con una densidad de 12.3 ppg (1474

kg/m³)?

Gradiente de Presión psi/ pie = Densidad del Fluido ppg x Factor de Conversión

= 12.3 X 0.052

= 0.6396psi/pi

Gradiente de Presión bar/m = Densidad del fluido kg/m³ x Factor de conversión

= 1474kg/m³ x 0.0000981

= 0.1446bar/m

GRADIENTE DE TEMPERATURA

El gradiente de temperatura es incremento de la temperatura respecto ala profundidad este

es más o menos constante por debajo a 100 – 1200 m de profundidad ya que dentro de

este rango la temperatura sufre variaciones debido a cambios atmosféricos y su circulación

de agua superficial.

El gradiente geográficamente puede cambiar de una zona a otra, inclusive puedo hacerlo

lateralmente dentro todas de la misma unidad estratigráfica las mediciones de la

temperatura se las realiza utilizando un censor de temperatura que baja el pozo en perforación cuando

este se encuentre en equilibrio térmico.

La tasa de incremento de la temperatura por unidad de profundidad existente en la Tierra.

Si bien el gradiente geotermal varía entre un lugar y otro, oscila entre 25 y 30 °C/km [15

°F/1000 pies]. Los gradientes de temperatura varían ampliamente en la Tierra, a veces

aumentando de manera considerable alrededor de las áreas volcánicas. Es particularmente importante

para los ingenieros de fluidos de perforación conocer el

gradiente geotérmico en el área cuando diseñan un pozo profundo. La temperatura de

fondo de pozo puede calcularse sumando la temperatura de la superficie al producto de la

profundidad y el gradiente geotérmico.

PROFUNDIDAD VERTICAL (TVD) VERSUS PROFUNDIDAD

MEDIDA (MD)

Hay que saber diferenciar la profundidad medida (MD)

de la profundidad vertical verdadera (TVD).

La profundidad vertical verdadera (TVD) es la profundidad vertical que se mide en línea

recta desde la superficie hasta el fondo del pozo

En cambio la profundidad medida (MD)es la medida de la trayectoria del pozo.

PRESION HIDROSTATICA

La presión hidrostática es la presión total creada por el peso de una columna de fluido,

actuando en cualquier punto dado en un pozo.

Hidro significa agua, o fluido, y estática significa sin movimiento. Así presión hidrostática

es la presión originada por la densidad y la altura de una columna estacionaria (sin

movimiento) de fluido. La presión hidrostática puede ser calculada de un gradiente de

presión a un punto determinado:

Presión hidrostática = Gradiente de Presión x Profundidad TVD

O, puede ser calculada por:

Presión hidrostática = Densidad del fluido x Factor de conversión x Profundidad TVD

Ejemplo

¿Cuál es la presión hidrostática en el fondo de un pozo el cual tiene un fluido

con una densidad de 9.2 ppg (1102 kg/m³), una MD de 6.750’ (2057.4 m) y una

TVD de 6.130’ (1868.42 m)?

P H psi = Densidad del Fluido ppg x Factor de Conversión x Profundidad pies, TVD

= 9.2 ppg x 0.052 x 6130 pies

= 2933 psi

EFECTO DEL TUBO EN U

Es muy útil visualizar el pozo como un tubo en U Una columna del tubo representa

el anular y la otra columna representa el interior de la tubería en el pozo. El fondo

del tubo representa el fondo del pozo.

En la mayoría de los casos, hay fluidos creando presiones hidrostáticas, en ambos lados,

en la tubería y el anular. La presión atmosférica puede ser omitida, puesto que tiene el

mismo efecto en las dos columnas. Si hubiera un fluido de 10 ppg

(1198 kg/m³) tanto en el anular como al interior de la tubería, las presiones hidrostáticas

serían iguales y el fluido estaría estático en ambos lados del tubo U.

Cuando hay una diferencia en las presiones hidrostáticas, el fluido tratará de alcanzar un

punto de equilibrio. Esto es llamado de efecto de tubo en U, y nos explica por qué siempre

hay flujo en los tubos cuando se hacen las conexiones.

Esto es a menudo evidente cuando se está perforando rápido debido a la densidad efectiva

en el anular incrementada por los recortes.

Otro ejemplo del tubo en U es cuando se bombea un colchón o píldora. La píldora con

mayor densidad es con el propósito de permitir que los tubos sean sacados vacíos o

secos, debido a la caída del nivel del fluido por debajo de la longitud media del tiro que

está siendo extraído.

La profundidad a la que la píldora debe caer y la cantidad de fluido que entra en el efecto

del tubo en U dentro del pozo puede calcularse utilizando las siguientes ecuaciones:

Ganancia en Tanques = (Densidad de la píldora - Densidad en anular) x Volumen de la píldora ÷ densidad en anular

Distancia de la caída = Ganancia en tanques ÷capacidad de tubería.

Ejemplo

¿Cuál será la ganancia en tanques, y cuánto caerá la píldora si la densidad del fluido es 10

ppg (1198 kg/m³), la capacidad de los tubos es de 0.0178 bbls/pie (0.00929 m³/m) ? El volumen de

la píldora es de 30 bbls (4.77 m³) y pesa 11 ppg (1318 kg/m³). (1318 kg/m³).

Ganancia en Tanques bbls = (Densidad de píldora ppg - Densidad en anular ppg) x

Volumen de píldora bbls ÷ Densidad en anular ppg

= (11ppg - 10ppg) x 30 bbls ÷ 10ppg

= 3 bbls

Distancia de la caída pies = Ganancia en tanques bbls ÷ capacidad de tubería

bbls/pie

= 3 bbls ÷ 0.0178bbls/pie

= 168.5 pies

CARACTERISTICAS DE LAS FORMACIONES

La porosidad y la permeabilidad, junto con las presiones diferenciales, deben ser consideradas si

queremos entender el control de pozos.

PRESION DE FORMACION

la presión de formación, es la presión dentro de los espacios porosos de la roca reservorio. esta

presión puede ser afectada por el peso de la sobrecarga (capas de rocas) por encima de la

formación, la cual ejerce presión en los granos y los poros con fluidos de la roca reservorio. los

granos son el elemento sólido o roca, y los poros son los espacios entre estos granos. si los fluidos

tienen libertad para moverse y pueden escapar, los granos pierden parte de su soporte y se

aproximan entre si. las formaciones con presión normal, ejercen una presión igual a la columna del

fluido nativo de dicha formación hasta la superficie. el gradiente de presión de los fluidos nativos

generalmente fluctúa de 0,433 psi/pie a 0.465 psi/pie y varía de acuerdo con la región geológica.

En las formaciones con presión normal presentan un gradiente de 0.465 psi/pie las formaciones

con presión anormal presentan un gradiente por encima de 0.465 psi/pie es decir están con 0.469

psi/pie

Las formaciones con presiones subnormales tienen gradientes menores que los del agua dulce, o

menores que 0.433 psi/pie

PRESION DE FRACTURA

La presión de fractura es la cantidad de presión necesaria para deformar permanentemente

(fallar o separar) la estructura rocosa de la formación.

Superar la presión de formación generalmente no es suficiente para causar una fractura. Si

el fluido poral no está libre de movimiento entonces una fractura o de formación permanente

pueden ocurrir.

Formaciones profundas, altamente compactadas requieren presiones de fractura muy altas para

superar la presión de formación existente y la resistencia estructural de la roca. Formaciones poco

compactadas, tales como las que se encuentran debajo de aguas profundas, pueden tener

gradientes de fractura bajos.

Las presiones de fractura a una profundidad dada, pueden tener gran variación en función de la

geología regional.

PRUEBA DE INTEGRIDAD

Una evaluación exacta de los trabajos de cementación del casing así como de la formación es de

extrema importancia durante la perforación de un pozo así como para los trabajos subsecuentes. La

información resultante de las Pruebas de

Integridad de la Formación (PIT por las iniciales en ingles), es usada durante la vida productiva del

pozo y de los pozos vecinos.

Profundidades de casing, opciones de control de pozo, y densidades límites de los fluidos de

perforación, pueden basarse en esta información. Para determinar la resistencia y la integridad de

una formación, deben realizarse

Pruebas de Admisión (pérdida) (LOT en ingles) o Pruebas de Integridad de la Formación (PIT).

Cualquiera que sea la denominación, estas pruebas son primero: un método para verificar el sello

del cemento entre el casing y la formación, y segundo: para determinar la presión y/o la densidad

del fluido que puede

DENSIDAD EQUIVALENTE

De los análisis precedentes puede ser deducido que cualquier presión aplicada aumenta la presión

total en cualquier punto determinado. Si la presión aplicada es conocida, entonces puede ser

calculada su densidad equivalente en dicho punto.

La densidad equivalente del lodo (EMW) es también la sumatoria de todas las presiones

(hidrostática, contrapresión del estrangulador, presiones aplicadas, presión del influjo, pérdida de

presión por circulación, etc.) a una profundidad o zona dadas, y puede ser expresada como una

densidad de fluido. Si las presiones son conocidas o pueden ser estimadas, la EMW puede

calcularse como sigue:

Ejemplo

¿Cuál es la EMW para una zona con una MD de 3.120 pies (950,97 m) y una TVD

de 3.000 pies (914,4 m) cuando el pozo es cerrado con 375 psi (25,86 bar)

registradas en el manómetro del casing? La densidad del fluido actual es 8,8 ppg

(1055 kg/m³).

EMW ppg = (Presión psi ÷ 0.052 ÷ Profundidad de Interés pies TVD) + Densidad actual ppg

= (375 ÷ 0.052 ÷ 3000) + 8.8

= 2.4 + 8.8

= 11.2 ppg

LA PRESIÓN DE FONDO puede ser estimada durante las siguientes actividades:

pozo estático

No hay fluido en movimiento, el pozo esta estático. la presión de fondo (bhp) es igual a la presión

hidrostática del fluido (hp) en el anular del pozo mas la presión que hubiera en el casing

ensuperficie.

circulación normal

Durante la circulación, la presión de fondo del pozo es igual a la presión hidrostática del fluido más

las pérdidas de presión por fricción en el anular (apl)

circulación con cabeza rotativa

Cuando se circula con una cabeza rotativa la presión en el fondo es igual a la presión hidrostática

del fluido más las pérdidas de presión por fricción en el anular, más la contrapresión de la cabeza

rotativa.

circulación de una surgencia al exterior del pozo

La presión del fondo del pozo es igual a la presión hidrostática del fluido más las

pérdidas de presión por fricción en el anular, más la presión en el estrangulador (casing). (para

operaciones submarinas, sume las pérdidas de presión en la línea del estrangulador).

PRESION DIFERENCIAL

La diferencia entre la presión de formación (PF) y la presión hidrostática en el fondo

del pozo (PH) es la presión diferencial. Esta se clasifica como Sobre balanceada,

Sub balanceada y Balanceada.

SOBRE BALANCEADA

Sobre balanceada significa que la presión hidrostática ejercida en el fondo del pozo

es mayor que la presión de formación:

PH > PF

SUB BALANCEADA

Sub balanceada significa que la presión hidrostática ejercida en el fondo del pozo

es menor que la presión de formación:

PH < PF

BALANCEADA

Balanceada significa que la presión hidrostática ejercida sobre el fondo del pozo es

igual a la presión de formación:

PH = PF

La mayoría de los pozos son perforados o reparados, en condiciones de balance o

sobre balance. Si se está circulando o perforando, la fricción y los recortes

contribuyen a una presión efectiva en el fondo del pozo.