Importancia de los gradientes de presión en el diseño de la construcción de un pozo de petróleo

in StemSocial2 months ago

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Saludos amigos e integrantes de la plataforma hive.

Para todos aquellos que de alguna u otra manera saben que el manejo de las presiones es muy importante en la ingeniería, son ejemplos de esta importancia la ingeniería civil, ingeniería mecánica, ingeniería geológica, entre otras más, por lo que la ingeniería de petróleo no es la excepción.

Por esta y otras razones más quiero presentarles a todos ustedes este post con características ingenieriles pero a la vez bastante discernible para la lectura sobre la importancia que tiene el estudio de los gradientes de presión en el diseño de la construcción de un pozo de petróleo, entre los gradientes de presión que se van a explicar en el presente artículo están el gradiente de formación y el gradiente de fractura.

Introducción

En esa búsqueda incesante de los hidrocarburos líquidos (petróleo) y gaseosos (gas natural) la ingeniería junto con la tecnología han hecho de que se busquen yacimientos que por lo general constituyen reservas de petróleo que se encuentran a altas profundidades, todo esto hace que la perforación de pozos se realice para encontrar esos objetivos (yacimiento productor) a profundidades altas en donde las presiones son más altas a medida que se profundiza en la perforación de dichos pozos.

A medida que los yacimientos son más profundos y en relación a gradiente de presión cada vez mayores, la industria petrolera tiene mayores demandas de exigencia que son cada vez más difíciles de vencer. Si los gradientes de formación encontrados en yacimientos convencionales y no convencionales son cada vez mayores entonces los retos con los que se encuentra la industria van relacionados en la forma en cómo se lleva un control de estas presiones, y para ello se debe determinar una adecuada densidad del lodo de perforación, si la densidad del lodo es la adecuada para determinada presión de formación, entonces se puede generar la contrapresión adecuada para aguantar fluidos como gas y petróleo dentro de la formación (yacimiento productor).

Si existe un control adecuado de las presiones encontrada durante la perforación de un pozo es porque se conoce de antemano esos gradientes de presión antes de empezar a perforar, ya habiendo elaborado el diseño del lodo de perforación y las distintas profundidades a las que se van a tener dichas densidades, es entonces cuando en la perforación se nos permitirá a travesar las diferentes capas terrestres en esa profundización para construir el pozo.

Importancia de los gradientes de presión (formación y fractura)

La importancia que reviste el poder tener conocimiento de los gradientes de formación y fractura es que juegan un papel preponderante en las operaciones de perforación y terminación de pozos.

La razón exacta de esta importancia es que los gradientes de formación y fractura es que son la base fundamental para la óptima programación del lodo de perforación.

También podemos encontrar importancia secundaria en el conocimiento de estos gradientes, y es que conociendo estos gradientes podemos llegar a conocer la presión que puede soportar la tubería de revestimiento producto de la presión de yacimiento, por lo tanto podemos llegar a saber las profundidades correctas de asentamiento de dicha tubería de revestimiento.

Imaginemos por un solo instante que no conocemos los gradientes de presión de formación, entonces podemos asentar la tubería de revestimiento a cualquier profundidad, lo que puede llevar a un aplastamiento de la tubería de revestimiento producto de las altas presiones de yacimiento que pueden superar los valores permisibles del revestidor por colapso externo de la tubería.

Efectos positivos obtenidos de considerar los valores de gradiente de presión en un programa de perforación

Si el ingeniero de perforación logra programas de perforación bien planeados, se puede reducir el daño que causa un exceso en la densidad del lodo de perforación a las formaciones que se van a travesando durante la perforación.

Para explicarles en lo que consiste el daño que puede causas una densidad excesiva del lodo de perforación, es conveniente colocar el siguiente ejemplo:

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Lo primeramente que debe ir especificado en un programa de perforación según el diseño previo que ha realizado el ingeniero, es que la presión que ejerce el lodo de perforación no sea mayor a la presión de fractura.

La presión que ejerce el lodo de perforación con la que puede fracturar la formación es la presión hidrostática y la presión de circulación denominada también ECD, sin embargo para efectos de este artículo vamos a considerar si la presión del lodo de perforación en condiciones estáticas puede superar la presión de fractura, para ello lo primero que vamos hacer es a calcular la presión hidrostática (Ph):

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La presión hidrostática que está ejerciendo el lodo de perforación con una densidad de 12 libras sobre galón a una profundidad vertical verdadera de 10000 pies es de 6240 PSI, por lo que podemos deducir que para que el lodo no fracture la formación no debe generar una presión mayor a la presión de fractura, como no tenemos la presión de fractura la calculamos en base al gradiente de fractura y la profundidad de 10000 pies:

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Como tenemos el gradiente de fractura, simplemente multiplicamos el gradiente de fractura por la profundidad en donde queremos realizar la evaluación, claramente las unidades de longitud (pie) se cancelan y la unidad resultante es PSI que es una unidad de presión.

La conclusión del caso es que la presión hidrostática que ejerce el lodo de perforación a la profundidad de 10000 pies es mayor que la presión de fractura a esa misma profundidad, en caso de que se esté perforando a esa profundidad con un lodo de perforación de 12 libras sobre galón se puede llegar a fracturar la formación, por ende todo el fluido de perforación (lodo de perforación) se puede escapar y con ello se pierde presión hidrostática y con ello no poder generar una contrapresión de los fluidos de la formación hasta que puede ocurrir un reventón de fluidos como gas y petróleo en superficie hasta que se ocasiones una explosión.

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Fuente de imagen

Conclusión y aportes

Como se pudo ver demostrado en el ejemplo planteado en este artículo, los gradientes de formación son importantes ya que nos permiten saber exactamente la presión en la que se encuentran los fluido como gas y petróleo en la formación (yacimiento productor) y con ello podemos ajustar la densidad del lodo de perforación para crear una contrapresión a favor del lodo de perforación.

Sin embargo esta contrapresión ejercida por el lodo de perforación no puede superar la presión de fractura, la forma en cómo podemos calcular presión de fractura es teniendo el gradiente de fractura.

La conclusión del caso es que para que se puede ejecutar correctamente la perforación y sin problemas en lo que concierne a la presión de formación y la presión de fractura, es que la presión hidrostática del lodo de perforación debe ser mayor que la presión de formación pero menos a presión de fractura.

El gradiente de formación lo estiman los geólogos en los campos petroleros que están en etapa de exploración mediante métodos sísmicos, y que una vez culminada la etapa de exploración el ingeniero de perforación que diseña el programa de perforación debe tomar en cuenta este valor para diseñar los diferentes valores de densidad del lodo de perforación.

El gradiente de fractura se calcula con una prueba llamada LOT o prueba de integridad, en la que básicamente se bombea lodo a la formación sin que este pueda retornar a la superficie, todo con la intención que pueda fracturar la formación, la presión con la que fractura la formación a la profundidad determinada es el valor de gradiente de fractura que se toma como referencia en el diseño del programa de perforación.

Referencias recomendadas

Perforación de pozos: fundamentos de exploración y producción. Slideshare

Diseño de perforacion.pdf

Soluciones para los problemas de la construcción de pozos en aguas profundas. PDF

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Interesante su publicación.

Gracias por comentar. Saludo

Su post ha sido valorado por @ramonycajal

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Gracias por el apoyo al equipo de cervantes y @ramonycajal. Saludos.

Saludos estimado amigo @carlos84, como de costumbre otra extraordinaria entrega relacionada al mundo de los hidrocarburos en esta oportunidad resaltando la vital importancia de los gradientes de presión en el diseño de las construcción de pozos de petróleo, gracias por seguir compartiendo tus excelentes conocimientos con todos nosotros. Éxitos.

Gracias a ti por tu gran aporte en este comentario @rbalzan79. Saludo

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Gracias por el apoyo. Saludos

Saludos amigo @carlos84. Muy importante y vital manejar adecuadamente los gradientes de presión en el diseño de pozos para la extracción de petróleo, especialmente por la peligrosidad de los reventones queponen en riesgo a muchas personas y al ambiente, gracias por seguirdifundiendo tus conocimientos en esta área amigo.