Estudio del espacio anular de un pozo de petróleo: Cálculo de volumen

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Hola amigos de la colmena, en especial a los amantes y seguidores del contenido STEM.

En esta oportunidad quiero compartir con ustedes la forma en que se puede estudiar el espacio anular de un pozo de petróleo desde el punto de vista de la ingeniería, en este caso voy a realizar un ejemplo en el que se calcula el volumen del espacio anular cuando está dentro del hoyo la tubería de perforación.

El cálculo del volumen anular es muy importante ya que es usado para otros casos de gran importancia en la perforación de pozos, tal es el caso del cálculo de un fondo arriba, y también muy empleado para el cálculo de control de pozos.

Un ejemplo claro en el que se emplean los cálculos de volumen del espacio anular para el control de pozos, es que cuando se va a bombear un fluido de perforación nuevo para el control del pozo cuando está siendo amenazado por una arremetida de fluidos de formación, se necesita saber los nuevos valores de los parámetros de perforación con los que se bombeara en nuevo fluido de perforación como lo es el caudal de bombeo, la presión de bomba y las emboladas por minuto de la bomba.

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Fuente de imagen. Licencia: Dominio público

Lógicamente al tener que preparar un fluido de perforación más pesado, es decir con una densidad más alta, se va a necesitar el cálculo de las emboladas que da el pistón de la bomba por cada minuto que transcurre y de esta forma poder estimar el tiempo de bombeo que existirá mientras se controla el pozo y se saca el influjo no deseado.

La otra importancia en el cálculo del volumen del espacio anular de un pozo de petróleo, está el caso para cuando se va a cementar el espacio entre la tubería de revestimiento y las paredes del pozo, ya que de esta forma sabremos que volumen exacto de la mezcla de lechada de cemento vamos a bombear al pozo.

Qué es el espacio anular en un pozo de petróleo?

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Fuente de imagen. Licencia: Dominio público

El espacio anular en un pozo de petróleo es el espacio existente entre las paredes del pozo y la tubería de perforación, sin embargo existen aspectos que se pueden generalizar, por ejemplo son espacios anulares el caso del espacio existente entre cualquier tipo de tubería como tubería de producción, de perforación, de revestimiento y las paredes del pozo.

En el caso que el pozo esté revestido y cementado, también es espacio anular el espacio existente entre las paredes de la tubería de revestimiento y los diferentes diámetros de tubería de la sarta de revestimiento como drill collars, heavy Weight, martillos, herramientas de perforación direccional, es por ello que al momento de calcular el volumen del espacio anular de un pozo de petróleo debemos calcular todos los volúmenes, ya que existen varios volúmenes a los diferentes diámetros de tubería que están en el pozo.

Sin embargo para el ejemplo en el cálculo del volumen del espacio anular que voy a tratar en este post, se va a ejemplificar un solo diámetro para la tubería de perforación.

Cálculo del volumen del espacio anular de un pozo de petróleo

Para poder ejemplificar el cálculo del volumen del espacio anular es necesario hacer un ejercicio en el que se suponga una situación real de perforación:

Se perfora un pozo a una profundidad de 800 pies, el diámetro externo de la tubería de perforación es de 6-5/8 de pulgadas, el diámetro del hoyo que se está perforando es de 20 pulgadas. Calcular el volumen del espacio anular.

Para calcular el volumen del espacio anular nos planteamos la siguiente ecuación:

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En dicha ecuación debemos sustituir las variables que se nos piden, que son diámetro del hoyo, diámetro externo de la tubería de perforación, y la longitud de la tubería de perforación.

En dicha ecuación el valor de 1029,4 es un factor de conversión que va a hacer que el resultado del volumen nos dé en barriles, los volúmenes de perforación son manejados en unidades inglesas, ya que son las que heredamos de los Estados Unidenses en la explotación petrolera de mi país Venezuela. Entre las unidades inglesas de volumen que se manejan son el barril y el galón, sin embargo para este caso en particular como se necesita el volumen para otros cálculos que amerita que sea en barriles, aunque la expresión final en ocasiones requiere que sean galones.

Procedemos a realizar los cálculos correspondientes:

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Hay que hacer la salvedad de que si los diámetros se colocan en pulgadas, y la longitud de tubería de perforación en pies y se divide todo entre el factor de conversión de 1029,4 entonces el resultado final del volumen del espacio anular puede expresarse en barriles.

Conclusión

El poder estudiar el espacio anular nos permite conocer los diferentes volúmenes que se manejan entre las paredes del hoyo o en casos y la sarta de perforación, para este caso explique un solo caso para cuando tenemos solamente tubería de perforación en el pozo.

Para el caso del ejemplo presentado en esta publicación, pudiéramos decir que a la profundidad de 800 pies que es donde se encuentra sumergida la tubería de perforación, el espacio anular (espacio entre las paredes del hoyo y la tubería de perforación) se llena con un total de 277 barriles de lodo de perforación.

Lógicamente si vamos a preparar un volumen de lodo de perforación, debe ser mayor a 277 barriles, ya que debemos ocupar el volumen de tanques activos y todo el recorrido desde que sale de la bombas de lodo hasta que entra a la tubería de perforación y sale por el espacio anular, para entender un poco de lo que hablo les muestro la siguiente imagen de dominio público que muestra el recorrido del lodo de perforación:

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Fuente de imagen. Dominio público.

El lodo de perforación debe ocupar el volumen de los tanques, bomba de lodo, tuberías y mangueras que lo transporta hasta la tubería de perforación, hasta que sale por el espacio anular y vuelve a llegar a los tanques cumpliendo el ciclo del recorrido del lodo de perforación, eso significa que si sigue el recorrido nombrado y según la imagen mostrada pasaría por los puntos: 1, 2, 34, 6, 8, 10,19 y 28.

Referencias consultadas y recomendadas

Annulus (well). Espacio anular

Volumen, Capacidad y Desplazamiento de la Sarta de Perforación

Nota: La imagen de portada fue elaborada empleando las herramientas de edición de Microsoft PowerPoint y utilizando la siguiente Fuente de imagen. Las ecuaciones y cálculos mostrados en este post son de mi autoría y fueron elaborados empleando las herramientas de diseño de ecuación de Microsoft Word

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