1. Control de Brotes
Control de Brotes
ÍNDICE
Página
I. DEFINICIONES 1
II. CAUSAS Y ORIGEN DE UN BROTE 5
Densidad equivalente del lodo 5
Llenado insuficiente durante los viajes de tubería 5
Contaminación del lodo con gas 6
Pérdidas de circulación 6
Efecto de sondeo al sacar la tubería 6
III. INDICADORES QUE ANTICIPAN UN BROTE 7
Indicadores al estar perforando 7
Indicador al sacar o meter tubería 7
Indicadores al sacar o meter herramienta 8
Indicadores sin tubería en el pozo 8
IV. EQUIPOS Y SISTEMAS ARTIFICIALES DE SEGURIDAD Y CONTROL 8
Cabezal de tubería de revestimiento 8
Preventor anular 8
Preventor de arietes 9
Arreglos de preventores 9
Múltiple de estrangulación 11
Líneas de matar 12
Estranguladores variables 12
Válvula de seguridad de TP 12
V. SISTEMA DE CONTROL DEL CONJUNTO DE PREVENTORES 12
VI. PROCEDIMIENTOS DE CIERRE 13
Procedimiento de cierre al estar perforando 13
Procedimiento de cierre al viajar con TP 14
Procedimiento de cierre al sacar o meter herramientas (lastrabarrenas) 15
Procedimiento de cierre sin tubería dentro del pozo 15
1

2. Control de Brotes
Página
VII. COMPORTAMIENTO DEL FLUIDO INVASOR 15
Características del fluido invasor (gas) 15
VIII. MÉTODOS DE CONTROL DE UN BROTE 16
Método del perforador 17
Método de densificar y esperar (del ingeniero) 18
Método concurrente 19
IX. CONTROL DE POZOS EMPLEANDO EL EQUIPO SNUBBING 21
Usos del equipo snubbing 22
Con tubería fuera del pozo 23
Reventón subterráneo 23
Mantener el control en viajes 24
Perforando pozos 25
Pozos en producción 25
Control de pozos con unidades snubbing 25
Cierre del pozo 25
Pozo fluyendo 26
X. PROBLEMAS COMUNES EN CONTROL DE BROTES 26
Estrangulador erosionado o tapado 26
Presiones excesivas en tuberías de revestimiento 26
Problemas de gas somero 27
Cuando la tubería no se encuentra en el fondo del pozo 27
Pozo sin tubería 27
Presiones excesivas en la tubería de perforación 27
Pérdida de circulación asociada a un brote 27
XI. SIMULADOR DE BROTES 27
XII. REVENTÓN EN EL SUR DE LOUISIANA, E.U.A. 28
Preguntas y respuestas
Nomenclatura
Referencias
2

3. Control de Brotes
Control de Brotes
I. DEFINICIONES Presión de formación: Es la presión de los fluidos
contenidos dentro de los espacios porosos de una
Todo el personal que labora en las actividades de roca. También se le denomina presión de poro. La
perforación de pozos deberá contar con los cono- presión de formación se clasifica en:
cimientos necesarios para interpretar los diversos
principios, conceptos y procedimientos obligados ·Normal
para el control de un brote en un pozo. Por lo tanto ·Anormal
iniciaremos con la definición de conceptos para este
capítulo: Las formaciones con presión normal son aquéllas
que se controlan con densidades del orden del agua
Brote: Es la entrada de fluidos provenientes de la salada. Para conocer la “normalidad” y “anormali-
formación al pozo, tales como aceite, gas, agua, o dad” de cierta área, se deberá establecer el gradiente
una mezcla de estos. del agua congénita de sus formaciones, confor-
me al contenido de sus sales disueltas. Para la cos-
Al ocurrir un brote, el pozo desaloja una gran canti- ta del Golfo de México se tiene un gradiente de
dad de lodo de perforación, y si dicho brote no es 0.107 kg/cm2/m considerando agua congénita de
detectado, ni corregido a tiempo, se produce un re- 100, 000 ppm de cloruros.
ventón o descontrol.
Las formaciones con presión anormal pueden ser
Descontrol.- Se define como un brote de fluidos que de dos tipos: Subnormal es aquélla que se contro-
no pueden manejarse a voluntad. la con una densidad menor que la de agua dulce,
equivalente a un gradiente menor de 0.100 kg/cm2/
Tipos de presión: Hidrostática (Ph). Se define m. Una posible explicación de la existencia de tales
como la presión que ejerce una columna de fluido presiones en formaciones, es considerar que el gas
debido a su densidad y altura vertical y se expresa y otros fluidos han migrado por fallas u otras vías
en kg/ cm2 o lb/pg2. del yacimiento, causando su depresionamiento.
Ph = Profundidad (m) x Densidad fluido (gr/cm3) El segundo tipo son formaciones con presión
10 anormalmente alta. La presión se encuentra por en-
o bien cima de la considerada como presión normal. Las
densidades para lograr el control de estas presio-
Ph = Prof. (pies) x Densidad (lb/gal) x 0.052 nes equivalen a gradientes hasta 0.224 kg/cm2/m.
Estas presiones se generan por la compresión que
Para el caso de pozos direccionales se deberá de sufren los fluidos de la formación debido al peso de
tomar la profundidad vertical verdadera Hvv. los estratos superiores y se consideran formacio-
nes selladas, de tal forma que los fluidos no pueden
Densidad: Es la masa de un fluido por unidad de escapar hacia otras formaciones.
volumen y se expresa en gr/cm3 o lb/gal.
Para cálculos prácticos de control de pozos la pre-
Gradiente de presión (Gp): Es la presión hidrostática sión de formación (Pf) puede calcularse con la pre-
ejercida por un fluido de una densidad dada, ac- sión de cierre en la tubería de perforación (TP) y la
tuando sobre una columna de longitud unitaria. presión hidrostática en el fondo del pozo.
3

4. Control de Brotes Control de Brotes
Pf = PCTP + Ph Existen varios métodos para determinar el gradiente Bibliografía Simulation System
de fractura que han sido propuestos por varios au- /www.digitranhg.com
La presión de formación también se calcula suman- tores como: Hubert y Willis, Mattews y Kelly, Eaton. Programa de capacitación WellCap Digitran, Inc. USA
do la presión de cierre en la tubería de revestimien- En la práctica, en el campo se determina en la “prue- Petróleos Mexicanos PEP - UPMP
to (TR) y la presión hidrostática de los fluidos den- ba de goteo” que consiste en aplicar al agujero des- Certificado por IADC Control dinámico de reventones
tro del pozo. cubierto inmediatamente después de perforar la za- Robert D. Grace
Firefighting and Blowout Control
pata, una presión hidráulica equivalente a la pre- L. William Abel, Joe R. Bowden, Sr. Bob Cudd
Algunas formaciones están usualmente asociadas sión hidrostática con que se perforará la siguiente Patrrik J. Campbell Asociaciones Canadienses de Ingenierías y Contra-
con gruesas capas de lutita arriba y debajo de una etapa sin que se observe abatimiento de presión en 1994, Wild Well Control, Inc. tistas de Perforación de Pozos
formación porosa. Los métodos cuantitativos usa- 15 o 30 minutos. Traducción parcial:
dos para determinar zonas de alta presión son: Procedimiento Detallado para el Control de Brotes M.en I. Filemón Ríos Chávez
Presión de fondo en el pozo. Cuando se perfora se M. en I. Pedro J. Caudillo Márquez API American Petroleum Institute
Revista Ingeniería Petrolera
· Datos de sismología (Velan) impone presión en el fondo del agujero en todas
Snubbing Guidelines
· Parámetros de perforación direcciones. Esta presión es la resultante de una I. William Abel, P E.
. Hydril es una marca registrada de Hydril Company
· Registros geofísicos suma de presiones que son la hidráulica ejercida Wild Well Control Inc. de Houston, Texas; la cual es protegida por las leyes
por el peso del lodo; la de cierre superficial en tu- de Estados Unidos de America, México y otros pai-
Presión de sobrecarga: Es el peso de los materiales a bería de perforación (TP); la de cierre superficial en Aplied Drilling Engineering ses, parte del equipo aqui descrito es una invención
una profundidad determinada. Para la costa del Golfo tubería de revestimiento (TR); la caída de presión Adam T. Bourgoyne, Martin E. Chernevert de Hydril quien se reeserva todos los derechos de pro-
de México se tiene calculado un gradiente de sobre- en el espacio anular por fricción; y las variaciones Keith K. Millheim, F.S. Young Jr. piedad de marca e intelectuales y no ha otorgado per-
2
carga de 0.231 kg/cm /m (figura 1). Sin embargo, para de presión por movimiento de tuberías al meterlas SPE Textbook series Vol.2 miso o licencia alguna de ello a ninguna persona.
casos particulares es conveniente su determinación o sacarlas (pistón/sondeo).
ya que es muy frecuente encontrar variaciones muy
significativas. Las rocas del subsuelo promedian de Presión diferencial. Generalmente, el lodo de per-
3
2.16 a 2.64 gr/cm . En la gráfica siguiente se muestran foración tiene mayor densidad que los fluidos de
las presiones de sobrecarga y la normal para el área un yacimiento. Sin embargo, cuando ocurre un bro-
de la costa del Golfo de México. te, los fluidos que entran en el pozo causan un des-
equilibrio entre el lodo no conta-
0
minado dentro de la tubería de
500 perforación y el contaminado en
el espacio anular. Esto origina que
1000
la presión registrada al cerrar el
1500
pozo, por lo general sea mayor en
el espacio anular que en el inte-
PROFUNDIDAD EN METROS
2000 GRADIENTE DE PRESIÓN rior de TP La presión diferencial
.
TOTAL DE FORMACIÓN
2
0.231 kg/cm /m es la diferencia entre la presión
2500
hidrostática y la presión de fon-
3000 do. Es negativa si la presión de
fondo es mayor que la
3500
hidrostática. Se dice que una pre-
4000 DENSIDAD DE LODO
sión es positiva cuando la presión
GRADIENTE DE PRESIÓN
NORMAL DE FORMACIÓN 3
DE PERFORACIÓN
( gr/cm )
del yacimiento es mayor que la
4500
presión hidrostática y es negati-
5000
va cuando la presión hidrostática
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 es mayor que la del yacimiento.
PRESIÓN (Kg/cm )
2 La perforación de un pozo se des-
Figura 1 Gradientes de formación. cribe como un sistema de vasos
comunicantes tipo “U” (figura 2).
Presión de Fractura. Es la que propicia una falla
mecánica en una formación. Como consecuencia, Pérdidas de presión en el sistema. En un sistema
genera una pérdida de lodo durante la perforación. de circulación de lodo de perforación las pérdidas o
4 33

5. Control de Brotes Control de Brotes
3. Mencione los principales indicadores que antici- L Longitud (m) PTP Pea PTP II. CAUSAS Y ORIGEN DE UN BROTE
pan un brote. Lb Longitud de burbuja m.
Ldc Longitud de los lastrabarrenas (m) Durante las operaciones de perforación, se conser-
Respuesta Ltp longitud de TP en pies va una presión hidrostática ligeramente mayor a la
× Incremento del volumen en las presas Ne Número de emboladas de formación. De esta forma se previene el riesgo
× Incremento de la velocidad de perforación PCTP Presión de cierre en TP kg/cm2 de que ocurra un brote. Sin embargo en ocasiones,
× Incremento de la velocidad de bombeo PCTR Presión de cierre en TR kg/cm2 la presión de formación excederá la hidrostática y
× Disminución de la presión de bombeo Pf Presión de formación kg/cm2 ocurrirá un brote, esto se puede originar por lo si-
Pfb Presión final de bombeo kg/cm2 guiente:
4. ¿Qué consideraciones se deben tomar para evi- Pfc Presión final de circulación kg/cm2
tar una comunicacion del pozo a la superficie por Pg Presión del gas kg/cm2 PF · Densidad insuficiente del lodo
PF
fuera de las tuberías de revestimiento? Ph Presión hidrostática kg/cm2 · Llenado insuficiente durante los viajes
Pic Presión inicial de circulación kg/cm2 PF PF · Sondeo del pozo al sacar tubería rápidamente
Respuesta Pr Presión reducida de circulación · Contaminación del lodo
Evitar un mal manejo de las presiones que pue- Psmax Presión superficial máxima kg/cm2 Figura 2 Tubo “U”. · Pérdidas de circulación
dan ocasionar una fractura de las formaciones de- Qo Gasto antes del brote gal/min
bajo de la zapata, al desplazar la burbuja de gas a Qr Gasto reducido gal/min caídas de presión se manifiestan desde la descarga A continuación explicaremos cada una:
al superficie. TP Tubería de perforación de la bomba hasta la línea de flote. En la práctica se
TR Tubería de revestimiento tienen cuatro elementos en los cuales se conside- Densidad insuficiente del lodo. Esta es una de las
5. ¿En qué casos se utiliza el equipo snubbing? V Volumen en litros ran las pérdidas de presión en el sistema, estos son: causas predominantes que originan los brotes. En
Vdc Volumen anular de lastrabarrenas lts. la actualidad se ha enfatizado en perforar con den-
Respuesta Vg Volumen ganado lts · Equipo superficial sidades de lodo mínimas necesarias de control de
Para meter o sacar tubería con presiones en la ca- Volp Volumen del pozo bl · Interior de tuberías (TP y herramienta) presión de formación, con el objeto de optimizar
beza del pozo, facilitando su control. En México tam- fe Diámetro estrangulador pg · A través de las toberas de la barrena. las velocidades de perforación. Pero se deberá te-
bién se emplea para realizar reparaciones a pozos. Ddc Diámetro de lastrabarrenas pg · Espacio anular. ner especial cuidado cuando se perforen zonas
DesTP Desplazamiento efectivo de TP permeables ya que, los fluidos de la formación pue-
Glosario epm Número de emboladas por minuto Las pérdidas dependen principalmente de las pro- den alcanzar el pozo y producir un brote.
Fs Fracción de volumen de sólidos piedades reológicas del lodo, la geometría del agu-
r Densidad del lodo gr/cm3 Gf Gradiente de fractura jero y los diámetros de la sarta de perforación. Los brotes causados por densidades insuficientes
rc Densidad de control gr/cm3 H Profundidad m de lodo pudieran parecer fáciles de controlar con
Dl Tubería de perforación debajo de interfase CAPan Capacidad del espacio anular entre TP y el Cuando en campo se adolece de los elementos sólo incrementar la densidad del lodo de perfora-
gas/lodo pies pozo bbl / ft necesarios para calcular las pérdidas de presión ción. Por las siguientes razones, esto puede ser lo
2
DP Caída de presión Pb Presión de bombeo kg /cm del espacio anular, es posible tener una buena menos adecuado:
2
Dpsist Caída de presión del sistema Kg/cm2 Ph tp Presión hidrostática en tp kg / cm aproximación con relación al diámetro de la ba-
DSICP Reducción requerida de presión superficial 2 rrena de acuerdo a los porcentajes mostrados en • Se puede exceder el gradiente de fractura.
Phea Presión hidrostática en espacio anular kg / cm
psi. 2 la tabla 1. • Se incrementa el riesgo de tener pegaduras
Cdc Capacidad anular de los lastrabarrenas lt/m. Ps Presión en superficie kg / cm por presión diferencial.
2
D pest caída de presión estimada Kg/cm Hvv Profundidad vertical verdadera m. • Se reduce significativamente la velocidad de
Cag Capacidad de agujero en lt/m. 'LiPHWUR %QD DtGD GH SUHVLyQ penetración.
Vepm Volumen de emboladas por minuto lt
Ctp Capacidad anular de tp en lt/m.
Vemb Volumen por embolada lt SJ SUHVLyQ GH ERPEHR

6. Ctr Capacidad anular de tr en lt/m. Llenado insuficiente durante los viajes de tube-
Db Diámetro de barrena pg. ppm Partes por millón 26, 22, 16, 18 ½, 10 rías. Ésta es otra de las causas predominantes de
rfi Densidad del fluido invasor gr/cm3 Vfi Volumen fluido invasor brotes. A medida que la tubería se saca del pozo,
fint Diámetro interior en pg. 2 17 ½, 14 ¾
PF Presión de fondo kg / cm el nivel de lodo disminuye por el volumen que
Cadc Capacidad en espacio anular entre agujero 2
12, 9 ½, 8 ½, 8 3/8 15 desplaza el acero en el interior del pozo. Confor-
Pea Presión en espacio anular kg / cm
y lastrabarrenas lt/m me se extrae tubería y el pozo no se llena con
Dtp Diámetro de tp en pg.. CeaTP Capacidad espacio anular entre agujero y
6 ½, 5 7/8 20 lodo, el nivel del mismo decrece y por consecuen-
f Factor TP lt / m cia también la presión hidrostática. Esto se torna
Fo Fracción de volumen de aceite P Presión en TP Menores 30 crítico cuando se saca la herramienta de mayor
Fw Fracción de volumen de agua TP
desplazamiento como lo son:
Tabla 1 Caída de presión.
32 5

7. Control de Brotes Control de Brotes
los lastrabarrenas y la tubería pesada de perfora- · Emplear la densidad mínima que permita man-
ción (Heavy Weight). tener un mínimo de sólidos en el pozo.
· Mantener la reología del lodo en condiciones Lecturas del Medidor Fann
De acuerdo con las normas API-16D y API-RP59, al óptimas. RPM LECTURAS
estar sacando tubería, debe llenarse el espacio anu- · Reducir las pérdidas de presión en el espacio 'HQVLGDG OEJDO
lar con lodo antes de que la presión hidrostática de anular. S+
la columna de lodo acuse una disminución de 5 kg/ · Evitar incrementos bruscos de presión. VDO
cm2 (71 lb/pg2), en términos prácticos cada cinco · Reducir la velocidad al introducir la sarta.
9LVFRVLGDG SOiVWLFD FS
lingadas de tubería de perforación.
Efectos de sondeo al sacar la tubería: El efecto de 3XQWR FHGHQWH OE SLHV
Contaminación del lodo con gas: Los brotes tam- sondeo se refiere a la acción que ejerce la sarta de
bién se pueden originar por una reducción en la perforación dentro del pozo, cuando se mueve ha-
Tabla 4 Propiedades del fluido bromuro de zinc para matar
densidad del lodo a causa de la presencia del gas cia arriba a una velocidad mayor que la del lodo,
en la roca cortada por la barrena. Al perforar dema- máxime cuando se “embola” la herramienta con
siado rápido, el gas contenido en los recortes, se sólidos de la formación. Esto origina que el efecto En conclusión, los procedimientos
libera ocasionando la reducción en la densidad del sea mucho mayor (figura 3). Si esta reducción de 6DUWD SDUD PDWDU ´ de control de pozos pueden y deben
lodo. Eso reduce la presión hidrostática en el pozo, presión es lo suficientemente grande como para dis- ser diseñados y la dinámica de los
permitiendo que una cantidad considerable de gas minuir la presión hidrostática efectiva a un valor por fluidos empleados han probado ser
entre al pozo. debajo del de la formación, dará origen a un des- una solución confiable del diseño.
equilibrio que causará un brote.
13 3/8” a 3,538’ Las ventajas de la dinámica de los
El gas se detecta en la superficie bajo la forma de
(1, 078 m) fluidos empleados aquí son
lodo “cortado” y una pequeña cantidad de gas en
el fondo representa un gran volumen en la super- 1. Pronosticables
ficie. Los brotes que ocurren por esta causa, ter- 2. La presión sólo se ejerce en las
minan transformándose en reventones por lo que tuberías de control debido a la fric-
al detectar este brote se recomiendan las siguien- ción.
tes prácticas: 9 5/8” a 11, 650’ 3. No hay consecuencias adversas
(3, 551 m)
· Reducir el ritmo de penetración Preguntas y respuestas
· Aumentar el gasto de circulación Boca LN a 12, 695’
· Circular el tiempo necesario para desgasificar 1. En la perforación de pozos petro-
el lodo leros, ¿cuáles son los factores críti-
cos que ocasionan un brote?
Pérdidas de circulación. Son uno de los problemas Tubería de producción 7 5/8” a 13, 000’
(3, 962 m)
más comunes durante la perforación. Se clasifican Respuesta:
en dos tipos: × No reestablecer el volumen de ace-
Empacador a 14, 500’ ro con fluido de perforación durante
· Pédidas naturales o intrínsecas. (4, 420 m) viajes de tubería.
· Pérdidas mecánicas o inducidas. Disparo 14, 586’ -14, 628’ × Pérdidas de circulación severas
( 4, 446 - 4, 459 m) × Permitir que la densidad del fluido
Si la pérdida de circulación se presenta durante el TRC 5” a 15, 000’ de perforación disminuya debido a
proceso de la perforación, se corre el riesgo de te- (4, 572 m) la contaminación por fluidos de la
ner un brote y éste se incrementa al estar en zonas Figura 31 formación
de alta presión o en el yacimiento, en pozos delimi-
tadores y exploratorios. Al perder la columna de Figura 3 Efecto de sondeo. con bromuro de zinc. Se midió el nivel del fluido 2.- ¿ Qué acciones debe tomar la cuadrilla ante la
lodo, la presión hidrostática disminuye al punto de dentro de la tubería a 2,480 pies. La presión de presencia de un brote?
permitir la entrada de fluidos de la formación al pozo, Entre las variables que influyen en el efecto de son- cierre en la tubería de revestimiento de 7 5/8” fue
ocasionando un brote. deo se tienen las siguientes: de 800 lb/pg 2, como consuecuencia de la recarga Respuesta:
de las zonas poco profundas. El pozo se abrió a la × Cerrar el pozo
Para reducir las pérdidas de circulación se recomien- ·Velocidad de extracción de tubería atmósfera y el gas de las zonas recargadas poco × Registrar las presiones
dan las siguientes prácticas: ·Reología del lodo profundas se quemó por más de una semana. × Aplicar el método de control adecuado
6 31

8. Control de Brotes Control de Brotes
El concepto de matar mediante la dinámica del flui- se han usado. Algunos de estos incluyen: lodos es- ·Geometría del pozo · Reducción del gasto de circulación
do utiliza el momentum del fluido de matar para so- pecialmente diseñados que pesan hasta 35 lb/gal y ·Estabilizadores en la sarta · Rotura o fisura en la TP
brepasar el momentum de los fuidos del pozo y re- agua con bromuro de zinc. El agua con bromuro de · Desprendimiento de una tobera de la barrena
vertir el flujo. El momentum de los fuidos del pozo zinc se seleccionó como fluido para matar este pozo. III. INDICADORES QUE ANTICIPAN UN BROTE · Cambio en las propiedades del lodo
se da en la ecuación siguiente: Las propiedades del agua con bromuro de zinc se
dan en la tabla 4. Al momento de ocurrir un brote, el lodo en primera c) Lodo contaminado por gas, cloruros, cambios
dsc Qsc Ui dsc Qsc Zi Ti R
Mg = Ui = instancia es desplazado fuera del pozo. Si el brote en propiedades geológicas: La presencia de
S Ma Pi Ai La mecánica necesaria para lograr la muerte por
Gc no es detectado ni corregido a tiempo, el problema lodo contaminado con gas puede deberse al
momentum, incluyó un pescante con junta de cir-
se puede complicar hasta llegar a producir un re- fluido contenido en los recortes o al flujo de
Donde: culación y tubería de 2 7/8” que aseguró el pescado
ventón. Con una detección oportuna las estadísti- fluido de la formación al pozo que circula a la
del mismo diámetro a 164 pies (figura 31). El pes-
Mg = Momentum cas demuestran que se tiene hasta un 98% de pro- superficie. Conforme el gas se expande al
cante con junta de circulación permitió al pozo con-
babilidad de controlarlo. Los indicadores de que el acercarse a la superficie se provoca una dis-
dsc = Densidad del gas en condiciones estándar tinuar fluyendo hacía la superficie. Una tubería para
lodo fluye fuera del pozo durante la perforación son: minución en la presión hidrostática que pue-
matar de 1 ½” fue forzada a 1200 pies para poder
Qsc = Gasto del gas en condiciones estándar de causar un brote.
estar mas abajo de cualquier área problema.
·Al perforar
Zi = Factor de compresibidad en el punto de interés
El criterio inicial de diseño es el de tener suficien- ·Al sacar o meter tubería de perforación La detección de un aumento de cloruros y el
Ti = Temperatura en el punto de interés te tubería de matar dentro del tubing, para ir más ·AL sacar o meter herramienta porcentaje de agua son indicadores de que los
abajo de cualquier punto problema, pero no de- ·Sin tubería dentro del pozo fluidos de formación entran al pozo. Debe tener-
Gc= Constante gravitacional
masiado profundo, de modo que la fricción pue- se especial cuidado ya que esto también indica
R = Constante de gas da restringir el gasto y el momentum del fluido Indicadores al estar perforando: la perforación de una sección salina.
de matar.
S = Gravedad específica del gas
a) Aumento en la velocidad de penetración: La ve- Las propiedades geológicas también son
Con el extremo de la tubería de matar a 1,200 pies,
Ma = Peso molecular del aire locidad de penetración está en función de va- indicadores de la presencia de fluidos extraños
el momentum de los fluidos del pozo se calculó en
rios factores como lo son peso sobre barrena, en el lodo de perforación. Esto se manifiesta en
Pi = Presión en el punto de interés 51 lb.
velocidad de rotación, densidad de lodo e hi- cambios en la viscosidad, relación agua-aceite y
Ai = Área en el punto de interés Para propósitos de experimientación, se tomó la dráulica. Pero también se determina por la pre- la precipitación de sólidos.
decisión de proceder con el fluido de bromuro de sión diferencial entre la presión hidrostática del
Ui = Velocidad en el punto de interés
zinc de 19 lb/gal, agua salada de 9 lb/gal y un gas- lodo y la presión de la formación. Es decir, que Cuando se tienen sospechas de un brote, la respues-
Las unidades están en cualquier sistema básico. Como to de 12 barriles por minuto a una presión de si la presión de formación es mayor, aumentará ta oportuna ante los indicadores mencionados du-
se muestra en la ecuación anterior, el momentum del 12,000 lb/pg 2. Se calculó que el momentum de considerablemente la velocidad de penetración rante la perforación, crearán las condiciones nece-
gas es una función de la velocidad de éste. El este fluido era de 82.5 lb. Como se pronosticó, de la barrena. Cuando esto ocurra y no se tenga sarias para controlar el brote. Las acciones que de-
momentum del fluido de matar se da en la ecuación algo del fluido penetró en el agujero; sin embar- ningún cambio en los otros parámetros, se debe berán seguirse son:
siguiente. Nuevamente las unidades deben ser sólo go, la flama se mantenía. La capacidad de la tube- tener precaución si se están perforando zonas
consistentes y básicas. Obviamente, el momentum del ría de producción era de 90 barriles. de presión anormal o el yacimiento en un pozo · Si las bombas de lodo están paradas y el pozo
fluido de matar es una función tanto de la densidad exploratorio. se encuentra fluyendo, es indicativo (general-
Después de bombear 98 barriles de agua salada de
como de la velocidad. Como se podrá ver, la densidad mente) de que un brote está en camino; a esta
9 lb/gal, se bombeó lodo de emulsión inversa de 18
del fuido de matar es un factor importante para man- b) Disminución de la presión de bombeo y aumen- acción se le conoce como “OBSERVAR EL
lb/gal con un momentum de 0.9 lb. Como se pro-
tener muerto el pozo, una vez que el momentum del to de emboladas. Cuando se está perforando y POZO”. Al efectuar esto, se recomienda revisar
nosticó, se observó una corriente de agua salada
fluido de matar ha sobrepasado el flujo del reventón. ocurre un brote, los fluidos debido al brote se el nivel de presas y las presiones en los
de 9.0 lb/gal en la línea de flujo, seguido por el lodo
2 ubican únicamente en el espacio anular y éstos manómetros en TP y TR y como práctica subir
dQ de emulsión inversa y gas limpio.
Mg = tienen una densidad menor a la del lodo, por lo la sarta de perforación de manera que la flecha
GcA Es interesante hacer notar que aunque el que la presión hidrostática dentro de la tubería se encuentre arriba de la mesa rotatoria.
momentum de la salmuera de 9.0 lb/gal hacia que será mayor, propiciando que el lodo dentro de
Donde:
dicha salmuera penetrara al pozo, la densidad no la sarta de perforación fluya más rápido hacia el · Por otro lado si el gasto de salida se incrementa
d = Densidad del fluido era suficiente para mantener el control, se bom- espacio anular, con la consecuente disminución mientras se está circulando con un gasto cons-
beó el fluido con bromuro de zinc de 19 lb/gal den- de presión de bombeo y el aceleramiento de la tante, también es un indicador de un brote.
Q = Gasto
tro del pozo a 8 barriles por minuto de 13,000 lb/ bomba de lodo que manifiesta un aumento del
Gc = Constante gravitacional pg2. El momentum del fluido con bromuro de zinc número de emboladas por minuto. Sin embar- Indicadores al sacar o meter tubería
fue calculado en 77.0 lb. La flama se debilitó in- go es importante tener en cuenta que una dis-
A = Área en el punto de interés
mediatamente y el pozo quedó controlado des- minución en la presión de bombeo también se Los siguientes se consideran de este tipo:
Numerosos fluidos para matar están disponibles y pués de haberse bombeado 125 barriles de fluido puede deber a las siguientes causas:
· Aumento de volumen en presas
30 7

9. Control de Brotes Control de Brotes
· Flujo sin circulación un pozo, el sistema de control superficial deberá te- vencionales y de rutina para el control de po-
3UHVLyQ HQ 73
· El pozo toma menos volumen o desplaza ma- ner la capacidad de proveer el medio adecuado para zos, sin tener éxito alguno. De hecho, debido
SVL
yor volumen. cerrar el pozo y circular el fluido invasor fuera de él. a la falta de integridad de los arietes dentro de
los preventores del arreglo del snubbing, las
El volumen requerido para llenar el pozo, debe ser Las personas claves en un equipo de perforación condiciones del pozo se habían deteriorado.
igual al volumen de acero de la tubería que ha sido terrestre o plataforma de perforación costafuera son 13 3/8” a 3,538’ Después de 6 semanas, la canasta del snubbing
extraída. el técnico y el perforador. Si ellos están adiestrados (1, 078 m) se encontraba a 120 pies arriba del terreno. La
en el funcionamiento y operación de los sistemas creciente preocupación fue que quizás no fue-
Si la cantidad necesaria de lodo para llenar el pozo de control así como de los indicadores de la pre- Tuberia de Producción ra posible el control superficial y que tendrían
es mayor, se tiene una pérdida y ésta trae consigo sencia de un brote, no dudarán en los procedimien- 2 7/8” - 2 3/8” que iniciarse las operaciones del pozo de ali-
el riesgo de tener un brote. tos para tener el pozo bajo control. 9 5/8” a 11, 650’
vio; o que quizás el gas surgiera a la superfi-
(3, 551 m) cie, originando una pérdida total de control su-
En caso de introducir tubería, el volumen desplaza- A continuación describiremos los componentes del perficial, además de los graves peligros en las
do deberá ser igual al volumen de acero introduci- sistema de control superficial. Boca LN a 12, 695’ vidas, los recursos y el medio ambiente.
do en el pozo.
Después de 6 semanas de llevar a cabo méto-
Cabezal de tubería de revestimiento
dos convencionales de control, se decidió con-
Según las estadísticas la mayoría de los brotes ocu- Tubería de producción
7 5/8” a 13, 000’
(3, 962 m) trolar el pozo con la dinámica del fluido. El uso
rren durante los viajes de tubería y por el efecto de Este forma parte de la instalación permanente del
de la dinámica del fluido en el control de po-
sondeo se vuelve más crítica cuando se saca tube- pozo y puede ser de tipo roscable, soldable, bridado
Empacador a 14, 500’ zos es tan viejo como la industria misma. El
ría (figura 4). o integrado. Su función principal es la de anclar y
(4, 420 m) uso de la dinámica de fluidos “de ingeniería”,
sellar la tubería de revestimiento e instalar el con-
P‡…‚† junto de preventores. El cabezal tiene salidas late-
Disparo 14, 586’ -14, 628’
( 4, 446 - 4, 459 m)
sin embargo, fue primeramente reportado en
$È Qr…s‚…hq‚ rales en las que pueden instalarse líneas auxiliares TRC 5” a 15, 000’
1977 y describe lo que hoy día se conoce como
!$È de control. (4, 572 m) el “momentum para matar”.
Figura 29
Preventor anular
El preventor anular también es conocido como es-
se había reducido a 1700 lb/pg2. Se escuchó un rui-
férico (figura 5). Se instala en la parte superior de S EO
Ã
do estrepitoso en el subsuelo. Después de un corto
los preventores de arietes. Es el primero en cerrar- SVL )
‚
periodo, la presión superficial en todas las sartas de
se cuando se presenta un brote. El tamaño y capa-
Wvhwhq‚ cidad deberá ser igual a los de arietes.
tubería era igual a 4,000 lb/pg2 y el pozo tenía un
È reventón subterráneo.
13 3/8” a 3,538’
El preventor anular consta en su parte interior de Se lograron ventas de emergencia y el pozo fue (1, 078 m)
Figura 4 Estadística de brotes. un elemento de hule sintético que sirve como ele- estabilizado en 30 millones de pies cúbicos de gas,
mento empacador al momento de cierre, alrededor más 3,600 barriles de condensado por día, a una
Indicadores al sacar o meter herramienta de la tubería. presión de flujo en la cabeza del pozo de 4,000 lb/
pg 2 y una temperatura superficial de 200º 9 5/8” a 11, 650’
Los mismos indicadores de viaje de tuberías se tie- Preventor de arietes Farenheit. (3, 551 m)
nen para los lastrabarrenas, la diferencia estriba prin-
Las operaciones subsecuentes revelaron que la tu- Boca LN a 12, 695’
cipalmente en el mayor volumen de lodo desplaza- Este preventor (figura 6) tiene como característica
bería de 2 7/8” se había roto a 164 pies debajo de la
do por esta herramienta. principal poder utilizar diferentes tipos y medidas
superficie, y que las tuberías de revestimiento de 7
de arietes de acuerdo a los arreglos de preventores
5/8” y 9 5/8” había fallado. De manera que la tubería 7 5/8” a 13, 000’
Indicadores sin tubería en el pozo elegidos, como se explicará más adelante. (3, 962 m)
de revestimiento y la zapata de 13 3/8” a 3,538 pies
estuvieron expuestas a la presión total de la cabeza
Se tienen dos indicadores para esta situación: aumento Las características principales de estos preven- Empacador a 14, 500’
del pozo. (4, 420 m)
de volumen en las presas y el flujo sin bombeo. tores son: Disparo 14, 586’ -14, 628’
La ubicación y naturaleza exacta de las fallas de la ( 4, 446 - 4, 459 m)
IV. EQUIPOS Y SISTEMAS ARTIFICIALES DE SE- • El cuerpo del preventor se fabrica como una tubería de revestimiento no se conocen. La condi- TRC 5” a 15, 000’
(4, 572 m)
GURIDAD Y CONTROL unidad sencilla o doble. ción del pozo se ilustra en la figura 30.
Figura 30
A esto siguieron 5 semanas de procedimientos con-
Al manifestarse un brote durante la perforación de • Puede instalarse en pozos terrestres o marinos.
8 29

10. Control de Brotes Control de Brotes
Dentro de los simuladores físicos se consideran los res y las presiones generadas por los diferentes mé- • Los arietes de corte sirven para cortar tubería y
de escala real. Consisten de consolas que operan y todos de control, facilitando con esto el control de cerrar completamente el pozo.
simulan todas las condiciones de los equipos de un pozo.
perforación en tamaño similar al real, los principa- (2) ´ ´ Los arietes son de acero fundido y tienen un con-
XII. Reventón en el sur de Louisina, E.U.A.
les componentes que en general tienen estos siste- junto de sello diseñado para resistir la compresión,
mas ofertados en el mercado son: A menudo los reventones originan daños seve- estos pueden ser de los siguientes tipos:
ros a las tuberías de revestimiento y al equipo
• Consola del instructor supeficial. El problema es tan severo que la con- ´
· Arietes para tubería
• Consola del perforador fianza sobre la integridad tubular, sólo origina más · Arietes variables (tubería y flecha)
• Consola para operar las llaves de apriete pérdida de control. En algunos casos, el equipo ´ · Arietes de corte
• Sistema de control del lodo dañado puede parecer estar en buenas condicio-
• Consola de operación remoto del estrangulador nes, aunque resulte inadecuado cuando se le ne- ´ Los arietes variables son similares a los de tubería sien-
• Consola para operar preventores terrestres cesite. Bajo estas circunstancias, la dinámica del ´ do la característica distintiva la de cerrar sobre un ran-
• Consola de preventores submarinos fuido ha probado ser un elemento invaluable para go de diámetros de tubería, así como medidas varia-
• Consola del maniful del standpipe recuperar el control del pozo. bles de la flecha.
En muchas ocasiones, el control de un pozo se re-
En general el software que proveen los simuladores Las presiones de trabajo de los preventores son de
lega al reino de la mística. Podemos mandar perso-
permiten realizar cálculos con los más modernos 3000, 5000, 10,000 y 15,000 lb/pg2.
nas a la luna, pero la única solución para un reven-
métodos y procedimientos de control de pozos. A ´
tón se considera “palabras mayores”. De acuerdo
continuación, se presenta una relación de Arreglos de preventores
con muchas personas, el control de pozos y los re-
parámetros que pueden manejar los equipos que
ventones están exentos de obedecer las leyes de la
generalmente son ofertados en el mercado para el ´ En el criterio para el arreglo del conjunto de preven-
ciencia. La experiencia nos ha mostrado que los re-
control de pozos. tores, se debe considerar la magnitud de las presio-
ventones son problemas de ingeniería, sujetos a las
nes a que estarán expuestos y el grado de protección
mismas leyes físicas de todos los problemas de in-
• Procedimientos de cierre requerido. Cuando los riesgos son pequeños y cono-
geniería, y que se puede ganar más al trabajar den-
• Operación de preventores y estrangulador cidos tales, como presiones de formación normales,
tro de los límites de estas leyes que al confiar en el
• Operación del sistema de lodos Figura 5 Preventor anular.
áreas alejadas de grandes centros de población o
miedo a la superstición.
• Volumen en presas desérticas, un arreglo sencillo y de bajo costo puede
• Prueba de leak-off Un buen ejemplo de control de un pozo utilizando ser suficiente para la seguridad de la instalación.
• Pérdidas de circulación métodos de ingeniería, se vio recientemiente en un
• Brotes instantáneo, de aceite, gas y agua reventón ocurrido en el sur de Louisiana. Este pozo Por el contrario, el riesgo es ma-
• Prueba de conexiones superficiales fue terminado en la formación “Frío”, con disparos en yor cuando se tienen presiones
• Brotes durante viajes (introducción y extracción el intervarlo 14,586´- 14,628´. En el momento del re- de formación anormales, yaci-
de tuberías) ventón se cerró el pozo, registrando una presión en la mientos de alta productividad y
• Brotes con la tubería fuera tubería de producción de 9,700 lb/pg2, con una pre- presión, áreas densamente pobla-
• Ambientes de control terrestre y marino sión de fondo cerrado de aproximadamente 12,000 das y grandes concentraciones
• Efectos de la migración del gas lb/pg2. Se muestra un esquema de esto en la figura de personal y equipo como lo es
• Modelos de presión 29. La capacidad inicial de producción del pozo del en barcos y plataformas marinas.
• Estranguladores automáticos sur de Louisiana fue mayor de 50 millones de pies Es en estas situaciones en donde
• Predicción de presiones anormales. cúbicos de gas, más 5,000 barriles de condensado por se tendrá un arreglo más comple-
día. Tres semanas después de la terminación, se pre- to y por consecuencia más cos-
Adicionalmente pueden simular las condiciones de sentó una fuga en la tubería de producción y se regis- toso.
falla de los equipos y algunos problemas durante la traron 5,400 lb/pg2 en la tubería de revestimiento de 7
perforación como lo son las pegaduras de tuberías, 5/8”, se descargó la presión de 5,400 lb/pg2 a 1000 lb/ La clasificación típica de API para
2
geología, de fluidos etcétera. pg con gas en superficie. Figura 6 Preventor de arietes doble. conjunto de preventores API-RP-53 (3ra edición
marzo, 1999) es la adecuada para operar con 2000,
Los simuladores matemáticos son programas de En un intento por reducir la presión de la tubería de • La presión del pozo ayuda a mantener cerra- 3000, 5000, 10, 000 y 15,000 lb/pg2 (141, 211, 352,
cómputo que se instalan en computadoras perso- revestimiento, el pozo estuvo produciedo durante dos los arietes. 703 kg/cm2) de presión de trabajo (figuras 7, 8, 9).
nales y en segundos mediante millones de cálculos seis horas y después fue cerrado. Al siguiente día,
simulan el comportamiento de los fluidos invaso- la presión en la tubería de revestimiento de 7 5/8” •Tiene un sistema secundario para cerrar ma- Para identificar cada uno de los códigos emplea-
(2) nualmente. dos por el API describiremos a continuación:
Roberto D. Grace y Bob Cudd. Traducción parcial: M.I. Filemón Ríos Chávez
28 9

11. Control de Brotes Control de Brotes
Los problemas de este tipo tienen como solución la Pozo sin tubería
operación del estrangulador para un manejo adecua-
De inmediato cuando se tiene un brote en estas cir-
do de presiones, sin embargo, siempre debe consi-
cunstancias, deben cerrarse los preventores con la
derarse un factor de seguridad para las tuberías.
apertura necesaria del estrangulador que desfogue
Problemas de gas somero presión para evitar daños a la formación o a la tu-
bería de revestimiento, para posteriormente regre-
En ocasiones, no es recomendable cerrar el pozo,
sar fluidos a la formación e introducir la tubería a
sino solamente tomar las medidas adecuadas para
presión a través de los preventores.
depresionar la formación mediante el desvío del flujo
a la presa de quema. Con esto se evita una posible Presiones excesivas en la tubería de perforación
ruptura de tubería de revestimiento o de formacio-
Normalmente la presión superficial en TR es mayor
nes superficiales
que la registrada en la tubería de perforación. Sin
Cuando la tubería no se encuentra en el fondo del embargo, se pueden tener grandes cantidades de
pozo fluido invasor fluyendo por la TP antes de cerrar el
pozo. Para proteger la manguera y la unión girato-
Si la tubería no se encuentra en el fondo del pozo
ria (swivel) que son las partes más débiles, se de-
cuando ocurre un brote, es posible efectuar el con-
ben de realizar las siguientes acciones.
trol con los métodos convencionales, dependiendo
de la posición del fluido invasor, la longitud de tu- 1. Cerrar la válvula de seguridad
bería dentro del pozo y la presión registrada en la 2. Desconectar la flecha
tubería de perforación. Cuando el brote se encuen- 3. Instalar una línea de alta presión
Figura 9 Arreglos API para 10000-15000 psi tra bajo la barrena se observarán ligeras diferencias 4. Bombear lodo de control al pozo
en las presiones de cierre.
A – Preventor anular Pérdida de circulación asociada a un brote
Para lograr el control del pozo podemos considerar
Figura 7 arreglos API 2000 psi G – Cabeza rotatoria dos casos: La pérdida de circulación es uno de los proble-
mas más serios que puede ocurrir durante el con-
1. Es posible incrementar la densidad del fluido de
K – 1000 lb/pg2 (70 kg/cm2) trol de un brote, debido a la incertidumbre que se
control del pozo.
tiene en las presiones de cierre. Para el caso de
R – Preventor de arietes • Determine la densidad de control a la profundi- pérdida parcial se puede emplear la preparación
dad de la barrena. del lodo con volúmenes de obturante. En pérdida
Rd – Preventor de arietes para tubería
de circulación total y cuando se tenga gas, la so-
Rt – Preventor triple con tres juegos de arietes. • Calcule la densidad equivalente de circulación. lución es colocar tapones de barita en la zona de
pérdida en unos 100 m de agujero. Para flujos de
S – Carrete de control con salidas laterales de
• Si la densidad equivalente de circulación es me- agua se recomienda colocar un tapón de diesel,
matar y estrangular.
nor que la densidad máxima permisible, circule el bentonita y cemento.
Para definir los rangos de presión de trabajo del con- brote por los métodos convencionales.
junto de preventores se considerará lo siguiente: XI. SIMULADOR DE BROTES
• Introducir la barrena repitiendo, los pasos ante-
• Resistencia a la presión interna de la TR que so- riores en el menor número de etapas posibles, En la perforación de pozos petroleros, uno de los
porta al conjunto de preventores. hasta que la barrena llegue al fondo. problemas más serios, es el descontrol de pozos
• Gradiente de fractura de las formaciones próxi- durante las operaciones de perforación, termina-
mas a la zapata de la última tubería de revesti- 2. El pozo no permite incrementar la densidad del ción y el mantenimiento de los pozos. Estos mis-
miento. lodo. mos descontroles dañan al personal, equipo, ya-
• Presión superficial máxima que se espera ma- cimiento y al entorno ecológico, dando una ima-
En este caso es difícil o prácticamente imposible rea- gen negativa de la empresa.
nejar. Se considera que la condición más crí- lizar el control por los métodos convencionales. Aquí
tica se presenta cuando en un brote, el lodo la tubería tiene que introducirse en las dos formas
del pozo es expulsado totalmente por el flui- Para enfrentar estos graves problemas la tecnolo-
siguientes:
do invasor. gía ha desarrollado simuladores físicos (equipo y
1. Introducir la TP a presión con el preventor ce- software) y matemáticos (programas) que permiten
En el ejemplo 1 se efectúa el cálculo para determi- rrado (stripping). entrenar y examinar el grado de conocimientos que
Figura 8 Arreglos API para 3000-5000 psi nar la capacidad del arreglo de preventores. 2. Introducir la TP a presión usando equipo espe- sobre el control de pozos tiene el personal, en con-
cial (snubbing). diciones totalmente seguras.
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