¿Por qué existe la densidad equivalente de circulación y cómo se calcula?

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Hola amigos y amantes del contenido STEM.

En esta oportunidad quiero socializar con todos ustedes las razones por las cuales existe la densidad equivalente de circulación y la forma en la que la podemos calcular en función de las condiciones en las que se esté perforando el pozo.

Como lo he explicado en mis múltiples anteriores, para que se pueda llevar a cabo la perforación de un pozo de petróleo se tiene que circular un fluido de perforación llamado también en la industria petrolera como lodo de perforación, este fluido es bombeado desde superficie hasta el fondo del pozo para que cumpla una gran diversidad de funciones, entre las que destaca la de poder generar una contrapresión en el pozo y poder sostener los fluidos que están en la formación como gas y/o petróleo.

Existen dos condiciones en las que puede estar el fluido de perforación en el pozo, que son:

• En condición estática: esta es una condición en la que el fluido de perforación se encuentre en el pozo sin circulación, ya que las bombas de lodo se encuentran apagadas, bajo esta condición el fluido de perforación ejerce una presión sobre las paredes del pozo llamada presión hidrostática, esta presión también ha sido explicada en base a su funcionamiento y cálculo en post anteriores.

• En condición de circulación: esta es una condición en la que las bombas de lodo están prendidas haciendo circular el lodo desde superficie hasta el fondo del pozo, el lodo de perforación se devuelve por el espacio existente entre la sarta de tubería de perforación y las paredes del pozo (espacio anular) y regresa de nuevo a superficie, en donde pasa por una serie de controles para restablecer sus propiedades, para ser circulado constantemente y de esa forma cumplir con el circuito de circulación del lodo de perforación. Cuando el fluido se circula se añade una presión adicional producto del esfuerzo que tiene que hacer las bombas de lodo para vencer las resistencias a la fricción, también existe una resistencia por codos, válvulas y cualquier accesorio, la conclusión del caso es que esa presión adicional añadida hace que exista densidad equivalente a dicha presión y se denomina densidad equivalente de circulación, conocida por sus siglas en inglés como ECD.

La ventaja de conocer los valores de a densidad equivalente de circulación es que podemos estimar el incremento de la densidad del lodo de perforación en relación a cuando están apagadas las bombas de lodo a cuando esta el lodo de perforación en reposo, de esta forma si conocemos la rsión de formación sabremos si podemos controlar el pozo mediante la circulación del fluido de perforación, eso en caso que no exista un control de la presión de formación cuando el pozo esta sin circulación.

¿Cómo se calcula la densidad equivalente de circulación (ECD)?

La ecuación que voy a mostrarles a continuación tiene la capacidad de poder calcular la densidad equivalente de circulación en unidades de libras /galón que son las unidades del sistema inglés que se emplea en la industria petrolera en la perforación de pozos, las variables que debemos tener en cuenta para calcular la densidad equivalente de circulación (ECD) es:

• Densidad del lodo en uso medido en libras /galón.
• Pérdidas de presión en el anular medido en Psi.
• Profundidad vertical verdadera del pozo en la que se esté perforando medido en pie.

Ejercitación como un ejemplo real en el que se simule el comportamiento de perforación y datos para calcula la densidad equivalente de circulación (ECD)

Se está perforando un pozo de petróleo a una profundidad vertical verdadera (TVD) de 9000 pies, empleando un fluido de perforación (lodo de perforación) con una densidad de 9,5 libras / galón y en el que se tiene una pérdida de presión en el espacio anular de 200 Psi. ¿Cual es la densidad equivalente de circulación (ECD) a dichas condiciones?

Para poder resolver y encontrar el valor de la densidad equivalente de circulación (ECD) es conveniente plantearnos la siguiente ecuación de campo:

Para este caso vemos que para calcular la densidad equivalente de circulación (ECD) simplemente debemos dividir las pérdidas de presión en el anular entre el factor de conversión de 0,052 entre la profundidad vertical verdadera, y a todo lo que nos de estas divisiones se le suma la densidad del fluido de perforación en uso, tal y como lo explico a continuación:

Con el resultado de la densidad equivalente de circulación (ECD) igual a 9,93 libras / galón nos damos cuenta que a esa profundidad de 9000 pies cuando las bombas están apagadas la densidad del fluido de perforación es de 9,5 libras / galón, sin embargo cuando las bombas de lodo se prenden y se pone a circular el lodo con esa pérdida de presión en el anular de 200 psi se incrementa la densidad a 9,93 libras /galón, teniendo así un incremento de 0,43 libras /galón sobre la densidad en uso.

La única forma de que este incremento sea cada vez mayor a esa misma profundidad es que las pérdidas de presión en el anular se incrementan, y esto solo puede pasar que se incremente el caudal de circulación de la bomba o que se cambie algún accesorio en el circuito del lodo de perforación que haga exigir una mayor presión de la bomba de lodo.

Bibliografía consultada y recomendada

• Manual de Control de Pozos. Well Control School (WCS). Harvey Louisiana. Año 2003.

Nota: Las imágenes de ecuaciones y ejemplos de ejercitación fueron realizadas empleando las herramientas de insercción de ecuaciones de Microsoft Word