1. Science
Lab
Simulador de erupción de un pozo de petróleo
Antecedentes
El lodo de perforación se
bombea hacia el fondo
Preparé este experimento para la clase de
del pozo por el medio de
mi hija en la escuela primaria cuando fui la tubería de perforación
invitado para animar un día completo de y regresa a la superficie
actividades sobre el Mundo del Petróleo. por el espacio existente
El experimento tenía por objeto poner quot;La entre la tubería y la
pared del pozo.
Física en Acciónquot; en medio de mapas,
videos y descripciones geológicas. ¡Tuvo
tanto éxito que tuve que repetirlo varias
veces!
Esta experiencia ilustra uno de los mayores riesgos en la perforación de un pozo de petróleo, una
erupción, que ocurre cuando la presión del gas dentro
del pozo repentinamente expulsa el petróleo hacia
afuera con gran fuerza.
La demostración también sirve para ilustrar los
conceptos de lodo de perforación, prevención de
erupciones, presión hidrostática, equilibrio de presión,
densidad y compresibilidad del gas.
Herramientas y materiales
Como muestra el diagrama, el modelo se construye con
materiales que son fáciles de encontrar. Tal vez
necesites ir a una ferretería o a una tienda de
materiales para la construcción para comprar algunas
piezas. La idea básica es simular un pozo usando un
tubo de vinilo transparente (6mm de diámetro interno).
Un globo para fiestas simula el yacimiento y un
segundo tubo transparente sirve de indicador de
presión. Yo utilicé los tubos de la bomba de aire de un
acuario (6 mm de diámetro externo) para el manómetro
(indicador de presión), aunque éste origina un pequeño
error capilar. Se pueden usar tubos más grandes (pero
no demasiado grandes para que el modelo resulte
práctico). Fijé los tubos a un panel de madera usando
grapas de cable eléctrico redondo. Las cintas métricas
de carpintería sirvieron como escalas graduadas para
medir el nivel del agua en el pozo y en el indicador de
presión. Se debe tener mucho cuidado de alinearlas
con la misma referencia horizontal. Yo usé el envase de
una película de fotografías como tanque de agua para
el manómetro.
© 2006 Schlumberger Limited. Todos los derechos reservados. La impresión de copias de este documento está
permitida para fines educativos únicamente, siempre y cuando se reproduzca completamente este aviso de copyright.
Visita el sitio web de SEED, en http://www.seed.slb.com/

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Al introducir las mangueras del acuario a través de un relleno grueso de espuma que se
encuentra debajo de la tapa pude evitar la entrada de aire. Usé una conexión en cruz (de 6
mm) y una válvula de aguja que tenía por casualidad, pero creo que se pueden obtener
resultados similares usando cruces y válvulas de aguja de un proveedor de elementos para
acuarios.
Además de todos estos preparativos, se necesitará agua dulce, sal de cocina y una balanza
de cocina para el experimento. También será útil un pequeño embudo o un vaso con pico
vertedor.
Se necesitará algo de creatividad para lograr que las conexiones sean herméticas realizando
ajustes improvisados con cinta de teflón, bandas elásticas y cinta aisladora. Se recomienda
ensayar para familiarizarse con los pequeños errores de este modelo tan simple.
Experimento Nro.1:
1. Cierra la válvula de aguja. Llena el tubo simulando el pozo con agua dulce hasta el
borde superior. También llena el tanque del indicador de presión con agua dulce.
2. Coloca la bomba en funcionamiento y lleva el nivel del agua en el indicador de presión
justo por debajo del nivel del agua en la tubería del pozo. Si el globo se infla
demasiado, coloca dos globos, uno dentro del otro.
3. Detén la bomba y asegúrate de que no pierde. Abre la válvula de aguja suavemente.
El nivel del agua en el pozo descenderá levemente hasta la misma altura del nivel del
indicador de presión. En este momento estamos en equilibrio, la presión hidrostática
de la columna de agua en el pozo es exactamente igual a la presión del yacimiento y
mantiene a los fluidos (en este caso el aire) en su lugar.
4. (Comentarios: marca el nivel exacto en la cinta del indicador de presión para futuras
referencias. Si el nivel cae muy por debajo del borde del tubo del pozo, cierra la
válvula de aguja, rellena el pozo y aplica una presión levemente más alta antes de
abrir la válvula de aguja nuevamente.)
5. Ahora simulemos un desequilibrio. Presiona suavemente el globo (aumentando
levemente la presión del yacimiento) y observa la primera burbuja de aire que entra en
el tubo. Observa cómo aumenta su tamaño a medida que sube por el tubo, mientras
que disminuye la presión hidrostática.
6. El aumento de volumen de la burbuja de aire desplaza el agua que se derrama fuera
del tubo del pozo. Como la cantidad de agua en el pozo disminuye, también baja la
presión hidrostática, y entra más aire en el tubo, desplazando más agua y... muy
rápidamente ¡toda el agua se habrá derramado salpicando a todos los que estén
alrededor!
Esta situación bien podría suceder mientras se está perforando un pozo de petróleo, y
resultar en lo que llamamos una erupción de consecuencias catastróficas. En realidad, las
perforaciones primitivas consistían en martillar una estaca en la tierra hasta dar con la
reserva y hacer brotar el fluido. Además de ser peligrosa, poco económica y contaminante,
esta técnica (o mejor dicho ¡esta falta de técnica!) sólo podía usarse en pozos de escasa
profundidad. En la moderna técnica de perforación rotatoria, se usa un lodo especialmente
formulado para mantener los fluidos del yacimiento en su lugar, entre otras funciones.
Constantemente se hace circular el lodo de perforación dentro el pozo a través de la tubería
de perforación y fuera del pozo a través del espacio anular entre la tubería y el pozo. Se
controla continuamente el fluido de perforación que vuelve para poder detectar la presencia
de gas.
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Si se detecta gas, el perforador inmediatamente baja la tubería de perforación tan profundo
como sea posible y la sujeta con los obturadores de erupción, deteniendo así la pérdida del
fluido del pozo. Luego se inyecta lodo de más alta densidad a través de la tubería de
perforación y se obstruye el fluido anular para sacar el gas y el lodo más liviano a la vez que se
mantiene la presión. El lodo más pesado baja por la tubería de perforación y sube a través del
ánulo. A medida que la columna de lodo se vuelve más pesada, se detectan menos cantidades
de gas en la superficie. Una vez que el lodo más pesado está en su sitio y los fluidos del
yacimiento están contenidos, se abren los obturadores y se reanuda la perforación. También
podemos modelar esto en nuestro simulador.
Experimento Nro. 2:
1. Coloca un recipiente de suficiente capacidad para el líquido requerido para llenar el
tubo del pozo en la balanza de la cocina y colócala en cero. Llénala con agua dulce y
pésala.
2. Agrégale sal de cocina hasta que su peso aumente un 5% ó 10%. Revuelve para
disolver completamente la sal.
3. Cierra la válvula de aguja y llena el tubo del pozo con el agua salada.
4. Haz funcionar la bomba hasta que el nivel del tubo del indicador de presión sea un 5%
ó 10% más alto que en el Experimento 1 (de acuerdo con la cantidad de sal agregada
en el paso 2).
5. Abre la válvula de aguja lentamente y observa cómo una columna más corta de un
fluido más pesado (más denso) del pozo equilibra una columna más alta de un fluido
más liviano en el tubo del indicador de presión.
6. Si las burbujas de aire entran en el pozo esto significa que la presión es muy alta; has
bombeado demasiado y el nivel del indicador de presión está demasiado elevado. Por
el contrario, si el fluido del tubo del pozo se pierde, esto significa que el yacimiento está
sobrecompensado; la presión en el pozo es demasiado grande. (Es inevitable una
pequeña pérdida dada la precisión relativamente baja de nuestras mediciones. Ensaya).
7. Por supuesto, estamos en equilibrio nuevamente y una pequeña presión sobre el globo
producirá el mismo resultado que en el Experimento 1.
Comentarios finales
Es fácil inferir que, para perforar sin riesgos, la presión hidrostática ejercida por la columna del
lodo de perforación debe sobrecompensar levemente la presión del yacimiento. Pero esta
presión sólo puede predecirse con certeza antes de perforar; por lo tanto, necesitamos
desarrollar un margen de seguridad. También hemos visto que la sobrecompensación en la
columna del pozo provoca la pérdida de fluido en el yacimiento. Esto también es peligroso
porque producirá un equilibrio, que es el paso previo a una Erupción. Para evitar esta
situación, se formula el lodo de la perforación para tapar los poros del yacimiento. Parte de los
elementos más fluidos se filtran en los poros del yacimiento, constituyendo el filtrado, pero las
partículas sólidas en suspensión más grandes bloquean los poros formando lo que se conoce
como costra de lodo, evitando la entrada de más fluidos en el yacimiento. La pérdida de
fluidos de perforación también es un parámetro que se controla atentamente durante la
perforación del pozo de petróleo.
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