UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE … · 2018-11-08 · universidad central del ecuador facultad de ingenierÍa en geologÍa, minas, petrÓleos y ambiental carrera de ingenierÍa

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS,

PETRÓLEOS Y AMBIENTAL

CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS

SIMULADOR PARA EVALUAR EL DESEMPEÑO DE LA

HERRAMIENTA CANASTA DE VACÍO CON JETS (CVJ) EN LAS

OPERACIONES DE LIMPIEZA Y PESCA EN FONDO DE POZO EN EL

CAMPO SHUSHUFINDI.

Estudio Técnico presentado como requisito para optar por el Título de Ingeniero

de Petróleos

AUTOR:

Diego Armando Quiluango Herrera

TUTOR:

Ing. Silvia Elizabeth García González

Octubre, 2018

QUITO – ECUADOR

ii

DEDICATORIA

En primer lugar a Dios, por darme la oportunidad de vivir, por la familia

que me dió, por acompañarme en cada paso que doy, por fortalecer mi espíritu e

iluminar mi mente en los momentos difíciles, y por colocar en mi camino a

personas buenas que me ayudan a ser una mejor persona. Gracias por la

bendición de haber llegado hasta este punto y conquistar una meta más.

A mi madre, por darme la vida, amarme incondicionalmente, por todas

aquellas palabras de aliento que siempre me dices como: “¡Tú puedes conseguir

todo lo que te propones!, ¡eres muy capaz y confío en ti!” gracias madre, todo lo

que soy te lo debo a ti.

A mi padre, por los ejemplos de trabajo duro y honestidad que me ha

inculcado siempre, por el valor mostrado para salir adelante y nunca rendirse.

A mi hermana, por tu cariño, por estar siempre conmigo en cada

momento bueno y malo, eres una mujer maravillosa, siempre vas hacia adelante,

jamás te rindes, me siento orgulloso de ser tu hermano.

A mi pequeña sobrina, con tus locuras y ternura nos has iluminado la

vida, todo es diferente desde que llegaste, te quiero mucho pequeña Ivanita.

iii

AGRADECIMIENTO

A Dios, por guiarme y cuidarme a lo largo de mi carrera y en mi vida

personal.

A mis padres, por todo el apoyo brindado, por los altos principios y

valores infundados, y por haberme dado la oportunidad de tener una excelente

educación a lo largo de mi vida.

A mi hermana, por ser parte de mi vida y estar conmigo en mis momentos

de triunfo y derrota, gracias por ser mi mejor amiga.

A los profesores de la Carrera de Petróleos de la Universidad Central del

Ecuador, especialmente al Ingeniero Néstor Valdospinos por compartir sus

conocimientos, y sabiduría, los cuales han sido de gran ayuda en mi vida

personal y durante mi época de estudiante.

A la Ingeniera Ruth León por todo el apoyo brindado y esencialmente

por su amistad.

Al Ingeniero Javier Ruiz, mi tutor de tesis en Dynadrill Ecuador C.A.,

quien además de ser un gran profesional, es una gran persona que me apoyó

desde el primer momento.

A mi tutor la Ingeniera Silvia García, a mi Co-tutor el Ingeniero Diego

Cuzco, y a mis revisores Ingeniero Christian Mejía e Ingeniero Fernando Lucero,

por las recomendaciones que me han permitido desarrollar un trabajo de calidad.

iv

DERECHOS DE AUTOR

v

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS,

PETRÓLEOS Y AMBIENTAL

CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS

APROBACIÓN DEL TUTOR

vi

DECLARATORIA DE ORIGINALIDAD

vii

ABREVIATURAS Y SIGLAS

A = área del orificio del nozzle [in2]

BHA = Ensamblaje de fondo de pozo

CVJ = canasta de vació con jets

DRRD 053 = Pozo Drago Norte 053

DRRA 034D = Pozo Drago Norte 034D

GPM = galones por minuto

HP = Caballos de potencia [hp]

ID = Diámetro Interno [in]

IEC = Comisión Electrotécnica Internacional

MD = Profundidad Medida [ft]

MMbbl = Millones de barriles

OD = Diámetro externo [in]

Pm: Potencia de la bomba [hp]

ΔP = diferencial de presión [psi]

SSPD = Caída de presión por efecto de la succión [psi]

SFR: Caudal de flujo en la succión [gpm]

Vwp: Velocidad en el Washpipe [ft/min]

ρo = densidad del petróleo [lbs/gal]

µo = viscosidad del petróleo [cP]

viii

ÍNDICE DE CONTENIDOS

AGRADECIMIENTO ....................................................................................... III

DERECHOS DE AUTOR ................................................................................. IV

APROBACIÓN DEL TUTOR ........................................................................... V

DECLARATORIA DE ORIGINALIDAD ...................................................... VI

ABREVIATURAS Y SIGLAS ........................................................................ VII

ÍNDICE DE CONTENIDOS ......................................................................... VIII

ÍNDICE DE FIGURAS ..................................................................................... XI

ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................... XIII

RESUMEN ....................................................................................................... XIV

CAPÍTULO I ........................................................................................................ 1

1 GENERALIDADES ..................................................................................................... 1 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................. 1 1.2 OBJETIVOS: .................................................................................................... 1

1.2.1 Objetivo General: .................................................................................................... 1 1.2.2 Objetivos Específicos ............................................................................................... 1

1.3 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA .................................................................... 2 1.4 ENTORNO DEL ESTUDIO ................................................................................ 2

1.4.1 Marco Institucional de la Carrera de Ingeniería de Petróleos ................................. 2 1.4.2 Marco institucional de la Empresa Dynadrill Ecuador C.A. ..................................... 3 1.4.3 Marco Ético ............................................................................................................. 3 1.4.4 Marco Legal ............................................................................................................. 4

CAPÍTULO II ....................................................................................................... 5

2 MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 5 2.1 Aspectos Generales del Activo Shushufindi ................................................... 5 2.2 Ubicación Geográfica de los Campos del Activo Shushufindi ........................ 6 2.3 Litología ......................................................................................................... 7

2.3.1 Formación Tena ....................................................................................................... 7 2.3.1.1 Basal Tena ....................................................................................................... 7

2.3.2 Formación Napo ...................................................................................................... 7 2.4 Aspectos Generales del Campo Drago ........................................................... 8

2.4.1 Descripción del Campo Drago ................................................................................. 8 2.4.2 Ubicación Geográfica del Campo Drago en el Activo Shushufindi .......................... 9 2.4.3 Estructura .............................................................................................................. 10

2.5 Limpieza y Pesca en fondo de pozo ............................................................. 11 2.5.1 Limpieza ................................................................................................................ 11 2.5.2 Pesca ..................................................................................................................... 12

2.6 Herramientas de Limpieza ........................................................................... 12 2.6.1 Canasta de Vacío con Jets ..................................................................................... 12

2.6.1.1 Descripción .................................................................................................... 12 2.6.1.2 Partes de la herramienta CVJ ........................................................................ 13 2.6.1.3 Funcionamiento ............................................................................................ 14

2.6.1.3.1 Principio Venturi .................................................................................... 14 2.6.1.3.2 Tabla de Jet ............................................................................................ 17

2.7 Presión ......................................................................................................... 17 2.7.1 Presión de fluido ................................................................................................... 18 2.7.2 Factor de conversión 0.052 ................................................................................... 18

ix

2.7.3 Presión Hidrostática .............................................................................................. 20 2.7.4 Presiones Manométricas y Atmosférica ................................................................ 21 2.7.5 Efecto de Tubo en “U” ........................................................................................... 22 2.7.6 Presión de Formación (Pfm) .................................................................................. 23 2.7.7 Presión de Fractura ............................................................................................... 24 2.7.8 Presión de Compresión y de Pistoneo ................................................................... 24 2.7.9 Presión de la bomba en los trabajos realizados con la herramienta CVJ .............. 24 2.7.10 Presión de fondo de pozo ................................................................................... 25 2.7.11 Presión Diferencial .............................................................................................. 25

2.8 Flujo en Tuberías .......................................................................................... 26 2.8.1 Reología................................................................................................................. 26

2.8.1.1 Términos usados en Reología ........................................................................ 27 2.8.2 Clasificación de los fluidos ..................................................................................... 28

2.8.2.1 Fluido Newtoniano ........................................................................................ 28 2.8.2.2 Fluido No Newtoniano .................................................................................. 28

2.8.2.2.1 Fluido de Ley de Potencia ...................................................................... 28 2.8.2.2.2 Fluido Herschel-Bulkley ......................................................................... 28

2.9 Software ...................................................................................................... 29 2.9.1 Características e Importancia del Software ........................................................... 29 2.9.2 Ciclo de vida clásico de un software ...................................................................... 30 2.9.3 Lenguajes de programación .................................................................................. 30 2.9.4 Tipos de lenguajes de programación..................................................................... 31 2.9.5 Programación Orientada a Objetos (POO) ............................................................ 32

2.9.5.1 Objetos .......................................................................................................... 32 2.9.5.2 Clases ............................................................................................................. 33 2.9.5.3 Instancias ....................................................................................................... 33 2.9.5.4 Métodos ........................................................................................................ 33 2.9.5.5 Principales propiedades de la programación orientada a objetos ................ 34

2.9.5.5.1 Abstracción ............................................................................................ 34 2.9.5.5.2 Encapsulamiento ................................................................................... 34 2.9.5.5.3 Herencia ................................................................................................ 34 2.9.5.5.4 Polimorfismo ......................................................................................... 34

CAPÍTULO III ................................................................................................... 35

3 DISEÑO METODOLÓGICO ..................................................................................... 35 3.1 Tipo de estudio ............................................................................................ 35 3.2 Universo y muestra ...................................................................................... 35 3.3 Instrumentos de recopilación de información y datos ................................. 35 3.4 Procedimiento de cálculo de la caída de presión ......................................... 37

3.4.1 Proceso de cálculo de la caída de presión en los jets ............................................ 37 3.4.2 Proceso de cálculo para determinar la caída de presión en la succión ................. 37 3.4.3 Proceso para calcular las caídas de presión por efecto de la fricción ................... 38 3.4.4 Proceso para estimar la presión en el bomba ....................................................... 40 3.4.5 Proceso para calcular la potencia de la bomba requerida en superficie ............... 40

3.5 Procedimiento para el cálculo de la tasa de flujo ........................................ 41 3.5.1 Selección del caudal bombeado en superficie ...................................................... 41 3.5.2 Proceso para calcular caudal de succión ............................................................... 41

3.6 Procedimiento para calcular la velocidad .................................................... 42 3.6.1 Proceso para calcular la velocidad de los jets ....................................................... 42 3.6.2 Proceso de cálculo de la velocidad en el Wash Pipe ............................................. 42 3.6.3 Proceso para calcular la velocidad en el tubería ................................................... 43 3.6.4 Proceso para calcular la velocidad en el anular .................................................... 43

3.7 Diagrama de flujo del funcionamiento del Software ................................... 44

CAPÍTULO IV ................................................................................................... 46

4 GUÍA DE USUARIO VENTURI BASKET SIMULATOR® ............................................... 46 4.1 Descripción del Software VENTURI BASKET SIMULATOR® ........................... 46

x

4.2 Ingreso al Software ...................................................................................... 47 4.3 Crear un nuevo proyecto ............................................................................. 49 4.4 Ingresar datos de entrada (Inputs) .............................................................. 50

4.4.1 Datos de entrada del escenario (Scenario Inputs) ................................................ 50 4.5 Datos de entrada del Casing/BHA ............................................................... 53

4.5.1 Ingresar los datos de entrada del Casing............................................................... 53 4.5.2 Ingresar los datos de entrada del BHA .................................................................. 54

4.6 Resultados (Output) ..................................................................................... 56 4.6.1 Resultados del escenario elegido .......................................................................... 56 4.6.2 Resultados de caudal y presión ............................................................................. 57

4.7 Gráficas ........................................................................................................ 59 4.7.1 Gráfica de velocidad .............................................................................................. 59 4.7.2 Gráfica de Presión ................................................................................................. 59

4.8 Generar y Guardar el Reporte final.............................................................. 60

CAPÍTULO V ..................................................................................................... 63

5 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS .................................................... 63 5.1 Validación de resultados del Programa VENTURI BASKET SIMULATOR® ..... 63 5.2 Simulación en los pozos seleccionados del Campo Drago ........................... 64

5.2.1 Simulación en el pozo Drago Norte 053 ................................................................ 65 5.2.1.1 Datos de entrada (Inputs) ............................................................................. 65 5.2.1.2 Procedimiento de cálculo con VENTURI BASKET SIMULATOR® ..................... 66 5.2.1.3 Resultados obtenidos (Outputs) de la simulación del pozo DRRD-053 ......... 67

5.2.2 Simulación en el pozo Drago Norte 034D ............................................................. 73 5.2.2.1 Datos de entrada (Inputs) ............................................................................. 73 5.2.2.2 Procedimiento de Cálculo con VENTURI BASKET SIMULATOR® ..................... 75 5.2.2.3 Resultados obtenidos en la Simulación (Outputs), pozo DRRA-034D ........... 76

5.3 Análisis de resultados .................................................................................. 82 5.3.1 Análisis de resultados obtenidos en el pozo Drago Norte 053 .............................. 82 5.3.2 Análisis de resultados obtenidos en el pozo Drago Norte 034D ........................... 83

CAPÍTULO VI ................................................................................................... 84

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................... 84 6.1 Conclusiones ................................................................................................ 84 6.2 Recomendaciones ........................................................................................ 87

REFERENCIAS ................................................................................................. 88

ANEXOS ............................................................................................................. 91

ANEXO 1 ............................................................................................................ 91

ANEXO 2 ............................................................................................................ 93

ANEXO 3 ............................................................................................................ 95

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Ubicación de los Campos del Activo Shushufindi ................................. 6 Figura 2. Ubicación del Campo Drago ................................................................ 10 Figura 3. Sección Sísmica Indica los Componentes Estructurales ...................... 11 Figura 4. Partes de la Herramienta CVJ .............................................................. 13 Figura 5. Secuencia de Funcionamiento CVJ ..................................................... 16 Figura 6. Derivación del factor 0,052.................................................................. 19 Figura 7. Profundidad: a) TVD; b) MD .............................................................. 21 Figura 8. Analogía de tubo en “U” ...................................................................... 22 Figura 9. Presiones de formación ........................................................................ 23 Figura 10. Clasificación de los fluidos ................................................................ 29 Figura 11. Ciclo de vida clásico en cascada de un software ............................... 30 Figura 12. Proceso de creación de un programa ejecutable ............................... 31 Figura 13. Etapas del desarrollo del Estudio Técnico ......................................... 36 Figura 14. Diagrama de flujo del Software ......................................................... 45 Figura 15. Ingreso a VENTURI BASKET SIMULATOR® ............................... 47 Figura 16. Mensaje de error de contraseña .......................................................... 47 Figura 17. Mensaje de bienvenida ....................................................................... 48 Figura 18. Descripción de la interfaz principal ................................................... 48 Figura 19. Barra de menús desplegables ............................................................. 49 Figura 20. Ingreso de la información del proyecto.............................................. 50 Figura 21. Listas de selección (jets y extensiones).............................................. 51 Figura 22. Mensaje de advertencia de ingreso de diámetro de escombro ........... 52 Figura 23. Ingreso de datos del Casing ............................................................... 54 Figura 24. Selección de la profundidad objetivo ................................................. 55 Figura 25. Ingreso de datos de BHA de limpieza ................................................ 56 Figura 26. Presentación de los resultados obtenidos ........................................... 57 Figura 27. Generación de resultados previos ...................................................... 57 Figura 28. Generación de resultados finales ....................................................... 58 Figura 29. Representación gráfica V vs MD ....................................................... 59 Figura 30. Presentación gráfica P vs MD ............................................................ 60 Figura 31. Creación del Reporte final del proyecto ............................................ 61 Figura 32. Selección del formato para guardar el proyecto finalizado ................ 61 Figura 33. Guardar el proyecto finalizado ........................................................... 62 Figura 34. Tabla de requerimientos del Jet/Nozzle ............................................ 63 Figura 35. Entrada de datos escenario, pozo DRRD-053 .................................... 66 Figura 36. Entrada de datos-Casing/BHA-pozo DRRD-053 .............................. 67 Figura 37. Resultados-Escenario- pozo DRRD-053 ........................................... 67 Figura 38. Resultados Casing y BHA de limpieza pozo DRRD-053 .................. 68 Figura 39. Gráfica Velocidad vs Profundidad, pozo DRRD-053 ........................ 68 Figura 40. Gráfica Presión vs Profundidad pozo DRRD-053 ............................ 69 Figura 41. Velocidad anular y Velocidad de remoción de escombros a diferentes

caudales con diámetro de Jet de 0.25 in. ........................................................................... 70 Figura 42. Velocidad anular y Velocidad de remoción de escombros a diferentes

caudales con diámetro de Jet 0.28125 in. .......................................................................... 71 Figura 43. Velocidad anular y Velocidad de remoción de escombros a diferentes

caudales con diámetro de Jet de 0.30 in. ........................................................................... 72 Figura 44. Entrada de datos escenario, pozo DRRA-034D ................................. 75 Figura 45. Entrada de datos Casing/BHA, pozo DRRA-034D ........................... 75

xii

Figura 46. Resultados escenario ingresado, pozo DRRA-034D ......................... 76 Figura 47. Resultados Casing/BHA, pozo DRRA-034D .................................... 76 Figura 48. Gráfica Velocidad vs Profundidad, DRRA-034D .............................. 77 Figura 49. Gráfica Presión vs Profundidad, DRRA-034D .................................. 77 Figura 50. Velocidad anular y Velocidad de remoción de escombros a diferentes

caudales con diámetro de Jet 0.25 in. ................................................................................ 79 Figura 51. Velocidad anular y Velocidad de remoción de escombros a diferentes

caudales con diámetro de Jet 0.28125 in. .......................................................................... 80 Figura 52. Velocidad anular y la Velocidad de remoción de escombros a diferentes

caudales con diámetro de Jet de 0.30 in. ........................................................................... 81 Figura 53. Selección del Número y Diámetro de Jets óptimo ............................. 82 Figura 54. Selección del Número y Diámetro de Jets óptimo ............................. 83 Figura 55. Remoción de arena del pozo DRRD-053 ........................................... 91 Figura 56. Recuperación de Metales y escombros, pozo DRRD-053 ................ 92 Figura 57. Remoción de metales, cadenas pozo DRRA-034D ........................... 93 Figura 58. Remoción de metales, cadenas pozo DRRA-034D ........................... 94 Figura 59. Diagrama de clases del software VENTURI BASKET SIMULATOR®

........................................................................................................................................... 95

xiii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Arenas Productoras del Activo Shushufindi ............................................ 5 Tabla 2. Descripción General del Campo Drago ................................................... 9 Tabla 3. Partes de la Herramienta CVJ ................................................................ 14 Tabla 4. Secuencia del Fluido a través de la herramienta CVJ ........................... 15 Tabla 5. Tabla de Jet ............................................................................................ 17 Tabla 6. Tipos de lenguajes de programación ..................................................... 32 Tabla 7. Opciones de caudal a bombear desde superficie ................................... 41 Tabla 8. Simbología estándar para la elaboración de diagramas de flujo ............ 44 Tabla 9. Tabla de resultados VENTURI BASKET SIMULATOR® ................... 64 Tabla 10. Validación de resultados en la caída de presión de los jets ................. 64 Tabla 11. Datos de entrada Casing, DRRD-053 .................................................. 65 Tabla 12. Datos de entrada BHA, DRRD-053 .................................................... 65 Tabla 13. Datos de entrada Escenario, DRRD-053 ............................................. 66 Tabla 14. Parámetros más adecuados de funcionamiento de la herramienta CVJ

con diámetro de Jet de 0.25 in. .......................................................................................... 70 Tabla 15. Parámetros más adecuados de funcionamiento de la herramienta CVJ

con diámetro de Jet de 0.28125 in. .................................................................................... 71 Tabla 16. Parámetros más adecuados de funcionamiento de la herramienta CVJ

con diámetro de Jet de 0.30 in. .......................................................................................... 72 Tabla 17. Datos de entrada Casing, DRRD-034D ............................................... 73 Tabla 18. Datos de entrada BHA, DRRA-034D ................................................. 73 Tabla 19. Datos de entrada Escenario, DRRA-034D .......................................... 74 Tabla 20. Parámetros más adecuados de funcionamiento de la herramienta CVJ

con diámetro de Jet de 0.25 in. .......................................................................................... 78 Tabla 21. Parámetros más adecuados de funcionamiento de la herramienta CVJ

con diámetro de Jet de 0.28125 in. .................................................................................... 80 Tabla 22. Parámetros más adecuados de funcionamiento de la herramienta CVJ

con diámetro de Jet de 0.30 in. .......................................................................................... 81

xiv

TEMA: SIMULADOR PARA EVALUAR EL DESEMPEÑO DE LA

HERRAMIENTA CANASTA DE VACÍO CON JETS (CVJ) EN LAS

OPERACIONES DE LIMPIEZA Y PESCA EN FONDO DE POZO EN EL

CAMPO SHUSHUFINDI.

RESUMEN

La limpieza de pozos es la utilización de herramientas y técnicas específicamente

diseñadas para remover los escombros del pozo que interfieren con las operaciones

normales durante la vida productiva del pozo.

La herramienta Canasta de Vacío con Jets ha sido elaborada para remover

materiales tales como: cadenas, tornillos, herramientas pequeñas, fragmentos de

roca, incluso arena del fondo del pozo. Esta herramienta usa el principio Venturi

que consiste en inyectar fluido desde la superficie a través del tubing, al llegar el

fluido a los jets se produce una disminución del diámetro y esto genera un aumento

de velocidad en los jets, como resultado en la parte interna de la herramienta caerá

la presión y esto a su vez causará el efecto de succión para remover de forma más

efectiva los materiales no deseados del fondo del pozo, además se produce un

aumento en la velocidad del anular en el fondo, causando que los elementos

depositados allí se mezclen con el fluido de limpieza y sea aún mejor la eliminación

de estos sólidos.

Para realizar predicciones pre-trabajo que permitan optimizar el desempeño de la

herramienta CVJ, se vio la necesidad de desarrollar el software VENTURI

BASKET SIMULATOR®.

xv

Los pozos Drago Norte 053 y 034D del Campo Drago fueron seleccionados para

realizar una intervención de limpieza, debido a que en ellos se encuentra la

presencia de arenamiento producido por estimulaciones realizadas previamente.

Además en los pozos Drago Norte 034D y Drago Norte 053 se conoce la presencia

de herramientas pequeñas, cadenas y pedazos de metales producto de trabajos

previos de fresado.

Las diferentes simulaciones realizadas mostraron que para que se produzca una

limpieza más óptima en los dos pozos, se debe bombear desde superficie un caudal

constante de 210 gpm (5 bbl/min), con diámetro de 0.25 pulgadas, y el número de

jets a utilizar deben ser tres en el caso de Drago 053, mientras que en Drago 034D,

debido a la presencia de elementos más pesados, la mejor opción es usar 3 jets de

diámetro 0.28125 pulgadas con caudal constante de 252 gpm (6 bbl/min).

PALABRAS CLAVES: <DETRITOS> <HERRAMIENTAS DE PESCA>

<LIMPIEZA DE POZO> <PRINCIPIO VENTURI> <SOFTWARE>

<TERMINACIÓN DE POZOS>

TOPIC: SIMULATOR THAT ALLOWS TO EVALUATE THE

PERFORMANCE OF THE VENTURI JET JUNK BASKET TOOL (VJJB) IN

CLEANING AND FISHING OPERATIONS IN WELL BORE IN THE

SHUSHUFINDI FIELD.

Summary

Cleaning wells is the use of tools and techniques specifically designed to remove

debris from the wellbore that interfere with normal operations during the production

life of the well. The Venturi Jet Junk Basket has been developed to remove

xvi

materials such as: chains, screws, small tools, fragments of rock, even sand at the

bottom of the well. This tool uses the Venturi principle that consists of injecting

fluid from the surface through the tubing, the fluid reaches the jets so that decrease

diameter, and this generates an increase in speed in the jets, which creates internally

in the tool the pressure drop that will cause the suction effect and in this way remove

more effectively the unwanted materials from the bottom of the well, in addition

there is an increase annulus’s speed in the bottom, deposited elements in there are

mixed with the cleaning fluid and even better the removal of these solids.

For this reason, VENTURI BASKET SIMULATOR® software enabling

predictions pre-working which allows to optimize the performance of the VJJB tool

was developed. Drago North 053 wells and field Drago 034D were selected to

perform a cleaning procedure, since they are in the presence of sand produced by

stimulations carried out previously. In addition Drago North wells 034D and Drago

North 053 is known in the presence of small tools, chains and pieces of metal

product of previous works of milling.

The different simulations carried out showed that to allow optimal cleaning in this

two wells, must be pumped from surface a constant flow of 210 gpm (5 bbl/min),

with a diameter of 0.25 inches, and the number of jets to use should are three for

Drago 053, while in Drago 034D, due to the presence of heavier elements, the best

option is to use 3 diameter of 0.28125 jets inches with constant flow of 252 gpm (6

bbl/min).

KEYWORDS: <DEBRIS> <FISHING TOOLS> <WELL BORE

CLEANING> <VENTURI EFFECT> <SOFTWARE> <WELL

COMPLETION>

1

CAPÍTULO I

1 GENERALIDADES

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La problemática radica en que, actualmente, la herramienta Canasta de

Vacío con Jets (CVJ) no cuenta con una herramienta informática que le permita

hacer simulaciones, lo cual genera incertidumbre al momento de realizar las

actividades de limpieza y pesca. Al no contar con un programa que permita

modificar las variables que entran en contacto directo durante la puesta en

funcionamiento de la herramienta no se sabrá a ciencia cierta cómo se puede

optimizar el trabajo, esto conlleva a aumentar los tiempos de la plataforma y

como resultado aumento en los costos de operación.

1.2 OBJETIVOS:

1.2.1 Objetivo General:

Crear un simulador que permita evaluar el desempeño de la herramienta

Canasta de Vacío con jets (CVJ) en las operaciones de limpieza y pesca en fondo

de pozo en el campo Shushufindi.

1.2.2 Objetivos Específicos

Analizar los principios físicos que rigen el comportamiento de la

herramienta Canasta de Vacío con Jets (CVJ) para establecer el modelo más

adecuado en el desarrollo del Software.

Desarrollar el software VENTURI BASKET SIMULATOR® conforme al

análisis del modelo óptimo previamente establecido.

2

Evaluar los resultados obtenidos y determinar parámetros de

funcionamiento adecuados para agilizar el desempeño y optimizar los

tiempos de trabajo de la herramienta CVJ.

1.3 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

Ante la presencia de una industria tan dinámica y evolutiva como la

petrolera, las innovaciones tecnológicas se han convertido en una fuente

generadora de optimización de los procesos, las actividades de limpieza y pesca

en fondo de pozo no son la excepción, es por este motivo que se ha desarrollado

un software que permite realizar simulaciones previas a la utilización de la

herramienta CVJ.

Los resultados obtenidos de la simulación generarán información

concreta acerca de los parámetros más adecuados para el correcto

funcionamiento de la herramienta Canasta de Vacío con Jets CVJ, ésto significa

agilizar los tiempos y optimizar el desempeño en los trabajos a realizar.

Los principales beneficiados son los técnicos del área de completación

de pozos de la empresa Dynadrill Ecuador C.A., debido a que ellos podrán

realizar estimaciones de acuerdo a las características de cada pozo a intervenir

con la herramienta CVJ, y les ayudará a tomar las mejores decisiones de acuerdo

a sus necesidades.

1.4 ENTORNO DEL ESTUDIO

1.4.1 Marco Institucional de la Carrera de Ingeniería de Petróleos

Dentro de las normativas, funciones y lineamientos establecidos en la

Universidad Central del Ecuador, y, por consiguiente, de la Carrera de Ingeniería

de Petróleos, el presente trabajo es pertinente ya que es una necesidad del

3

mercado petrolero y se justifica como un trabajo adecuado para optar por el

Título de Ingeniero de Petróleos que las leyes de la República del Ecuador le

permiten otorgar, tomado de la Unidad de Titulación Especial de la Carrera,

2015.

1.4.2 Marco institucional de la Empresa Dynadrill Ecuador C.A.

La misión y visión de la Empresa Dynadrill Ecuador C.A. se enmarcan en los

principios éticos, gestión ambiental y responsabilidad social que permiten la

prestación de servicios integrales y suministro general de herramientas, equipos e

insumos petroleros en las áreas de reacondicionamiento y producción a nivel

nacional. Además, permiten a sus colaboradores y a los profesionales crecer

profesionalmente, fomentando un ambiente de confianza y honestidad con

innovación tecnológica, siendo la razón principal para auspiciar la realización de

este trabajo de titulación, basado en (URL: https://www.dynadrill.com.ec/quienes-

somos/).

1.4.3 Marco Ético

El presente trabajo de titulación tiene como objetivo la realización de un

software que permita optimizar los trabajos de limpieza y pesca con la

herramienta Canasta de Vacío con Jets. Esta investigación se inserta en el ámbito

del respeto a los derechos de autor, normativas vigentes y derechos de la

naturaleza por parte de las partes involucradas en su desarrollo, encontrándose

así, dentro de las políticas de responsabilidad social de Dynadrill Ecuador C.A.

y del Código de Ética de la Universidad Central del Ecuador, tomado de la Guía

de Procedimientos para la implementación de Estudios Técnicos, 2015.

4

1.4.4 Marco Legal

El estudio técnico a realizarse cuenta con el respaldado de contrato de

realización de trabajos de tesis y carta de confidencialidad y manejo de las

informaciones exigidas por Dynadrill Ecuador C.A. al investigador.

Además, este trabajo se encuentra amparado por la normativa del CES,

Constitución de la República del Ecuador, Ley Orgánica de Educación Superior,

Reglamento Académico, Estatutos de la Universidad Central del Ecuador y la

Guía de Procedimientos de la Carrera de Ingeniería de Petróleos, basado en la

Guía de Procedimientos para la implementación de Estudios Técnicos, 2015.

5

CAPÍTULO II

2 MARCO TEÓRICO

2.1 Aspectos Generales del Activo Shushufindi

El activo Shushufindi está formado por los campos: Shushufindi-

Aguarico, Aguarico Oeste, Cobra, Condorazo, Condorazo Sur-Este, Drago,

Drago Este, y Drago Norte. El activo Shushufindi tiene una producción

promedio de 72 000 BPPD, con crudos desde los 19.3˚ a 29˚ API, los pozos de

interés para el siguiente trabajo a realizarse están ubicados en el campo Drago

Norte, los yacimientos productores de petróleo en este activo son:

Tabla 1. Arenas Productoras del Activo Shushufindi

Campo Arenas Productoras

Shushufindi-Aguarico U,T y Basal Tena

Aguarico Oeste Hollín Superior, T Superior y Basal Tena

Drago, Drago Norte, Drago Este Hollín Superior, T Inferior, T Superior,

U Inferior, U Superior, y Basal Tena

Cobra Basal Tena

Condorazo T Inferior, T Superior, U Inferior y U

Superior

Condorazo Sureste Hollín Superior, U Inferior y U Superior

Fuente: Petroamazonas EP, 2017

6

2.2 Ubicación Geográfica de los Campos del Activo Shushufindi

El activo Shushufindi conformado por los campos antes mencionados se

encuentra ubicado en la Provincia de Sucumbíos, Cantón Shushufindi, corredor

Central de la Cuenca Oriente del Ecuador, está situado a 250 km al Este de Quito

y a 35 km al Sur de Colombia. Este campo se extiende desde los 00˚ 06’ 39’’ a

los 00˚ 17’ 58’’ latitud Este hasta los 76˚ 36’ 55’’ de longitud Oeste (Baby,

Rivadeneira & Barragán, 2014).

Figura 1. Ubicación de los Campos del Activo Shushufindi Fuente: Petroamazonas EP, 2014

7

2.3 Litología

2.3.1 Formación Tena

2.3.1.1 Basal Tena

Es un reservorio de baja importancia menor al 1% en el activo

Shushufindi, presenta una estructura de grano decreciente lo cual constituye un

problema serio a la hora de almacenar hidrocarburos, su espesor alcanza

aproximadamente los 22 pies, y su porosidad promedio es del 15%, en el sector

Sur-Oeste del activo su espesor disminuye, sin embargo en la parte del Aguarico

su espesor aumenta (Baby, Rivadeneira & Barragán, 2014).

2.3.2 Formación Napo

Los principales reservorios de la Cuenca Oriente son: Arenisca T,

Arenisca U, y Arenisca M1; sin embargo existen reservorios marginales como:

la Caliza B, Caliza A, y Arenisca M2.

Las Areniscas T y U, están constituidos por un ambiente de depositación

estuarino influenciado por las mareas. No obstante, hacia el tope de la arenisca

U, el ambiente de depositación cambia a un ambiente de depositación de tipo

plataforma somera con facies, lo cual las hace reservorios importantes 65 % para

T y 35 % para U (Baby, Rivadeneira & Barragán, 2014).

a) Arenisca T

Está ubicada sobre las lutitas y calizas de la formación Napo. Es de grano

medio a grueso, tiene una matriz de caolinita, y su permeabilidad es alta.

La Arenisca T inferior presenta cuarzos de grano fino a medio, bien

sorteados. La Arenisca T superior presenta lutitas negras y glauconita. El

8

espesor varía de 14 pies a 127 pies con un ensanchamiento en la parte central y

sur del activo. La estratificación cruzada junto con láminas discontinuas de

materia orgánica y doble capas de lodo indican un ambiente estuarino hacia la

parte inferior, mientras que en la parte superior se estima un ambiente de planicie

arenosa de marea (Baby, Rivadeneira & Barragán, 2014).

b) Arenisca U

Está subdividida en dos miembros U superior y U inferior. Se encuentran

separados por lutitas que marcan el límite de dos secuencias definidas. La

Arenisca U inferior es de grano decreciente, en la base se observan areniscas de

grano fino a medio con estratificación cruzada, saturadas de petróleo.

La Arenisca U superior tiene un espesor que varía entre 37 pies y 107

pies, presenta laminación y presencia de glauconita lo que indica un ambiente

shoreface. (Baby, Rivadeneira & Barragán, 2014).

2.4 Aspectos Generales del Campo Drago

2.4.1 Descripción del Campo Drago

El campo fue conocido inicialmente como Vista Sur denominado así por

la Corporación Estatal Petrolera Ecuatoriana (CEPE) en 1972 mediante la

interpretación de líneas sísmicas 2D, Petroproducción retoma el prospecto con

la interpretación de sísmica 3D y le nombra Campo Drago en el año 2006. Se

determinó la existencia del Campo con la perforación del pozo Drago1 en el año

2007, los reservorios productores son: Basal Tena, U Superior, U Inferior, T

Inferior, y Hollín Superior.

9

El petróleo original en sitio (POES) es de 24.56 MMbbl, y tiene una

producción diaria de aproximadamente 10 702 BPPD (Petroamazonas EP,

2017).

Tabla 2. Descripción General del Campo Drago

Dato Descripción

N˚ Pozos Perforados 55

N˚ Pozos Productores 26

N˚ Pozos Cerrados 27

N˚ Pozos Inyectores 1

N˚ Pozos Re-inyectores 1

N˚ Pozos Abandonados 1

API Promedio 27

Viscosidad Promedio (cP) 1.379

Presión Reservorio Promedio (Psi) 1800

Sistema Hidráulico 4 pozos

Sistema Mecánico 1 pozos

Sistema BES 21 pozos


2.4.2 Ubicación Geográfica del Campo Drago en el Activo Shushufindi

Los campos Drago, Drago Norte y Drago Este se encuentran al Noreste

del Campo Sacha y al Oeste del Campo Shushufindi, en la Cuenca Oriente del

Ecuador.

10

Figura 2. Ubicación del Campo Drago


2.4.3 Estructura

Conformado por una estructura anticlinal asimétrica, con un eje de

dirección aproximada Norte-Sur, está constituida de tres altos principales, Drago

al suroeste, Drago Norte al norte y Drago Este al Sureste de la gran estructura.

Es originado por la reactivación de fallas pre-cretácicas, y de movimientos

transcurrentes, con la intrusión de cuerpos ígneos.

La estructura está siendo influenciada por la intrusión de tres cuerpos

ígneos, en uno de los cuales fue perforado el pozo Vista-1, donde se evidenció

que el intrusivo reemplazo a las unidades T y Hollín, dividiendo en dos cuerpos

al reservorio T (Petroamazonas EP, 2016).

11

Figura 3. Sección Sísmica Indica los Componentes Estructurales


2.5 Limpieza y Pesca en fondo de pozo

2.5.1 Limpieza

La limpieza en fondo de pozo se refiere a la remoción de materiales no

deseados (escombros) que obstruyen el flujo natural del fluido desde el

yacimiento hasta la superficie, estos materiales no deseados pueden ser: trozos

pequeños de herramientas, pedazos de conos de barrena, cadenas, cables,

recortes metálicos provenientes de las operaciones de fresado, fragmentos de

rocas, y también arena (Connell, 2005).

La acumulación de arena y sólidos en los pozos perjudica

significativamente la producción de petróleo y gas. En realidad, prácticamente

12

la mitad de los trabajos con tubería flexible conllevan actividades de limpieza de

pozos para la remoción de escombros (BELLARBY, 2009).

Es por esta razón que la remoción de estos materiales no deseados genera

un impacto considerable sobre el flujo del fluido.

2.5.2 Pesca

El término pesca hace referencia a la recuperación de equipo que se ha

caído, perdido o aprisionado, en el pozo.

La pesca se puede realizar en pozo abierto, en el revestidor, en la tubería

de perforación o de producción. La mayoría de las operaciones de pesca dentro

del revestidor se desarrollan con tubería de perforación o de producción,

mientras que dentro de la tubería se lo hace con cable de acero o tubería flexible

(IADC- Control de Pozos, 2000).

Es importante mencionar que para que exista una buena pesca en muchas

ocasiones es de suma importancia que el pozo se encuentre limpio (libre de

materiales no deseados), ya que en base a la experiencia se ha podido observar

que en los trabajos de pesca realizados se han complicado debido a la presencia

de sólidos en el pozo, esta situación genera aumento en los tiempos de la torre y

como resultado gastos extras a los previstos.

2.6 Herramientas de Limpieza

2.6.1 Canasta de Vacío con Jets

2.6.1.1 Descripción

La herramienta Canasta de Vacío con Jets (CVJ) ha sido diseñada para

remover y atrapar materiales no deseados del fondo del pozo tales como: trozos

pequeños de herramientas, pedazos de conos de barrena, cadenas, cables,

13

tornillos, recortes metálicos provenientes de las operaciones de fresado,

fragmentos de rocas, e incluso arena producto de la realización de estimulaciones

(Baker, Engineering Book, 2005).

Esta herramienta usa el principio Venturi para la extracción de

escombros y arena, también son parte de la herramienta los atrapadores duales

que están configurados para permitir la entrada de escombros de hasta 4.5

pulgadas de diámetro y se hallan en la parte inferior de las extensiones, estos

atrapadores se accionan una vez encapsulados los elementos de remoción y los

transporta hacia las extensiones en donde permanecerán hasta que se extraiga la

herramienta. Posee además un filtro por encima de las extensiones que previene

la recirculación de los sólidos atrapados. Es importante mencionar que los

materiales de fabricación de la herramienta la hacen robusta, lo cual evitará

futuros problemas de corrosión.

2.6.1.2 Partes de la herramienta CVJ

Figura 4. Partes de la Herramienta CVJ

Fuente: Dynadrill Ecuador C.A., 2018

14

Tabla 3. Partes de la Herramienta CVJ

Ítem Descripción Cantidad

1 Camisa Superior 1

2 Retenedor de Jet 1

3 Cámara Venturi 1

4 Extensión 1*

5 Camisa Inferior 1

6 Jet/Nozzle Ver nota**

7 Filtro 1

8 Atrapadores duales 2

9 Orientación del Pin 1

10 Anillo de sello de sección circular (O-ring) 1

11 Soporte del anillo de sello de sección circular 1*

1


2.6.1.3 Funcionamiento

2.6.1.3.1 Principio Venturi

El fluido es bombeado desde la superficie (flecha azul) como se puede

apreciar en la figura 5, ingresa a la herramienta a través de la conexión existente

con el tubing (inyección directa). La presión es muy alta debido a que el diámetro

de la tubería hasta llegar a los jets es mayor, luego experimenta una gran caída

de presión y aumento de la velocidad a causa de la disminución del diámetro.

Continuando con su recorrido el fluido sale desde los jets hacia el anular

que se forma entre el ID de la tubería de revestimiento y el OD de la herramienta

CVJ. La presión aumenta nuevamente y la velocidad disminuye.

1 * Estos ítems pueden ser ensamblados tantos como sean necesarios, todo depende de las

características de los trabajos a realizar.

** El número y diámetro de los jets a instalar dependerá de los requerimientos

operacionales en los trabajos a realizar.

15

El fluido anular que bombea el OD (flecha amarilla) figura 5 de la

herramienta se recircula junto con cualquier fluido de succión. Este fluido

entonces se mueve hacia arriba a través de los atrapadores duales, llega al filtro

y desde allí se dirige hacia los puertos de comunicación de la cámara Venturi.

El fluido recirculado se mezcla con el fluido bombeado y el ciclo

comienza otra vez.

El efecto de succión se crea como resultado del fluido recirculado

constantemente ecualizado con la caída de presión creada en el jet de salida.

Tabla 4. Secuencia del Fluido a través de la herramienta CVJ

Estado Descripción

1 Fluido a alta presión

2 Fluido mezclado en el tubo Venturi

3 Fluido bombeado y recirculado se mueven hacia arriba

4 Fluido bombeado y recirculado se mueven hacia el fondo del

pozo.

5 Fluido recirculado y de succión

6 Mezcla del fluido recirculado y de succión con el bombeado en

el tubo Venturi.


Varios factores influyen en la efectividad de la operación de esta

herramienta, tales como: tipo de fluido, densidad de fluido, diámetro de los jets

y número de jets (nozzles) y caudal de circulación bombeado, estos parámetros

son perfectamente modificados en el software realizado.

16

Figura 5. Secuencia de Funcionamiento CVJ


La Tabla 5 que se muestra a continuación representa el ensamblaje

recomendado por los manufacturadores y brinda información a los operadores

sobre la caída de presión esperada al bombear agua fresca (8.4 lbs/gal) a través

de la herramienta. Sin embargo, cuando se usan fluidos de una densidad

diferente, el caudal de flujo necesita ser alterado para producir el efecto de

succión deseado (Wellentech, 2018).

∆𝑃 =

𝑄2

# 𝐽𝑒𝑡𝑠∗𝜌

12031∗𝐴2∗𝐶2 (Ecuación 1)

1

2

6

3

4

5

17

Donde:

ΔP = Caída de Presión en el Jet [Psi]

Q = Caudal bombeado [gpm]

ρ = densidad del fluido [lbs/gal]

A = Área del orificio del Jet [in2]

C = Coeficiente del orificio de Jet recomendado por los fabricantes (0.95)

2.6.1.3.2 Tabla de Jet

Tabla 5. Tabla de Jet

Jet

Diámetro del

Jet

Cantidad

Caudal Bombeado

Presión (Psi)

bbl/min

Gpm

¼

3

3

126 560

4

168 1000

5

210 1560

9/32

3

4

168 630

5

210 1000

6

252 1430

Fuente: Fabricante, 2018

2.7 Presión

Presión por definición es la fuerza por unidad de área que ejerce un fluido

(psi). En la industria petrolera se manejan diferentes tipos de presión, tales como:

18

Presión de formación (PFm), Presión hidrostática (PH), Presión de fricción

(PDFr) y Presión de fractura (PDF) (IADC- Control de Pozos, 2000).

2.7.1 Presión de fluido

Según Streeter, 2000, “Fluido es toda sustancia que tiene la capacidad de

deformarse continuamente cuando se somete a un esfuerzo cortante. El esfuerzo

cortante es la componente de la fuerza tangente a una superficie, y esta fuerza

dividida por el área de la superficie de esfuerzo cortante promedio de dicha

superficie.”

La presión ejercida por los fluidos es el resultado de la densidad o peso

del fluido y la altura vertical de la columna del fluido. En la industria petrolera

la densidad se mide por lo general en libras por galón (lpg; pounds per gallon;

ppg), (gramo por litro, g/l). Por tanto un fluido pesado ejercerá mayor presión

debido a su alta densidad.

La fuerza se mide en libras por pulgada cuadrada (lbs/plg2) (pounds per

square inch, Psi). Para determinar la presión que ejerce un fluido a una densidad

específica se usa el gradiente de presión. Este gradiente se expresa como la

fuerza que ejerce el fluido por pie de altura, y se mide en (lbs/plg2/pie) (psi/ft).

Para expresar el gradiente de presión en (lbs/plg2/pie), se debe convertir el valor

de la densidad del fluido de lbs/gal en unidades de fuerza (lbs/plg2/pie), y (g/l a

bar/m), según corresponda (IADC- Control de Pozos, 2000).

2.7.2 Factor de conversión 0.052

El valor 0.052 es un factor que convierte la densidad de un fluido en

gradiente de presión para las unidades psi/ft; en cambio, el valor 0.0000981 lo

convierte en unidades bar/m.

19

Este factor de conversión se obtiene de la siguiente manera: usando un

cubo de 1 pie por lado (1 pie cuadrado en la base, por un pie de altura). Para

llenar este cubo son necesarios 7.48 galones. Si la densidad del fluido es de 1

lbs/gal (ppg), el peso total del cubo es de 7.48 libras/pie3. En 1 pie2 hay 144 plg2,

es decir; también habrá 144 pulgadas por 1 pie de longitud, en 1 pie cúbico. El

peso de 1 pulgada cuadrada de 1 pie de longitud se puede calcular dividiendo el

peso total del cubo (7,48 lbs) entre 144 (IADC- Control de Pozos, 2000).

7.48

144= 0.052994 ≈ 0.052 [

𝑔𝑎𝑙

𝑖𝑛2

𝑓𝑡

]

𝐺𝑝 = 0.052 [𝑔𝑎𝑙

𝑖𝑛2

𝑓𝑡

] ∗ 𝜌 [𝑙𝑏𝑠

𝑔𝑎𝑙] (Ecuación 2)

Donde:

Gp = gradiente de presión [𝑝𝑠𝑖

𝑓𝑡]


Figura 6. Derivación del factor 0,052

Fuente: Manual Control de Pozos-IADC, 2000

20

2.7.3 Presión Hidrostática

Con la obtención del gradiente de presión se puede calcular la presión hidrostática

de un fluido a una determinada profundidad, así:

𝑃ℎ = 𝐺𝑝 ∗ 𝑇𝑉𝐷 (Ecuación 3)

Donde:

Ph = presión [psi]

Gp = gradiente de presión [𝑝𝑠𝑖

𝑓𝑡]

TVD = profundidad vertical verdadera [pies]

Para los fines de control de pozos es de suma importancia establecer una

diferencia entre TVD y MD.

TVD es la profundidad vertical verdadera, misma que va desde la superficie hasta

el fondo en línea recta y sirve para realizar cálculos de: presión, gradientes y

densidades, mientras que la MD profundidad medida se usa para realizar cálculos

de: volumen, capacidad y desplazamiento.

21

Figura 7. Profundidad: a) TVD; b) MD


2.7.4 Presiones Manométricas y Atmosférica

Si se ubica un manómetro en el fondo de una columna de fluido, además

de proporcionar el valor de la presión hidrostática de la columna se incluye

también el valor de la presión atmosférica que se ejerce sobre la misma,

usualmente es 14.7 psi (1 bar); sin embargo, puede variar de acuerdo a

condiciones climáticas y de elevación. Pero si el manómetro registra en su

lectura psig (bar, abs) entonces está calibrada para descontar el valor de la

presión atmosférica sobre la columna, estos términos son importantes mencionar

para la comprensión de los fenómenos de presiones absolutas (IADC- Control

de Pozos, 2000).

22

2.7.5 Efecto de Tubo en “U”

Normalmente en el pozo, se tiene fluido en la tubería de perforación (TP;

DP), así como en el espacio anular. En esta situación la presión atmosférica se

puede obviar debido a que es la misma en las dos columnas.

El efecto en “U” se produce cuando existen presiones diferenciales

hidrostáticas que tienen tendencia a alcanzar el equilibrio.

Analógicamente se aplica este principio en el pozo; es decir, si se inyecta

un fluido más denso, al ingresar por la tubería de perforación el fluido tiende a

subir por el espacio anular, y si se inyecta por el espacio anular el fluido

desplazará la columna de fluido de la tubería de perforación hacia arriba pero a

mayor velocidad.

En los trabajos realizados con la herramienta CVJ, se puede ubicar este

efecto unos cuantos pies bajo los jets, por lo que es de vital importancia que el

caudal de bombeo sea suficiente para elevar la velocidad en el anular y evitar

que se equilibren las presiones, lo cual podría generar que el fluido no circule.

Figura 8. Analogía de tubo en “U”


23

2.7.6 Presión de Formación (Pfm)

Es la presión que ejercen los fluidos contenidos en las gargantas porales

de la formación. Esta presión se puede ver afectada por el peso de sobrecarga

(fuerza lito-estática) por encima de la formación. Entonces, los fluidos

almacenados en los espacios anulares se desplazarán fuera y por consiguiente la

matriz se compactará.

El gradiente de sobrecarga es el cambio de la presión por pie de

profundidad, causado por la interacción combinada de los pesos de los fluidos

contenidos en los espacios porales y la matriz. El gradiente de presión normal es

igual al gradiente de presión hidrostática correspondiente al agua dulce (0.433

psi/ft) o (9.792 kPa/m).La gradiente de presión subnormal es menor al gradiente

de presión normal y el gradiente de presión anormal será mayor al gradiente de

presión normal.

Figura 9. Presiones de formación

Fuente: Manual de Control de Pozos-IADC, 2000

24

2.7.7 Presión de Fractura

La presión de fractura se define como la presión mínima necesaria para

fracturar de manera permanente la estructura normal de la roca.

Estas presiones de formación y fractura son adecuadas para compararlas

con las presiones hidrostáticas generadas en los trabajos de limpieza a hoyo

desnudo y evitar posibles invasiones hacia la formación.

2.7.8 Presión de Compresión y de Pistoneo

La presión total que actúa sobre un pozo se ve afectada cada vez que se

saca o se baja tubería al pozo. Al sacar la tubería se crea una presión de Pistoneo,

la misma que reduce la presión en el pozo. El efecto producido ocurre porque el

fluido del pozo no puede bajar con la misma velocidad con la que las tuberías

están subiendo, lo mismo que crea una fuerza de succión que reduce la presión

por debajo de la columna (IADC- Control de Pozos, 2000).

Cuando se baja la tubería de una forma muy acelerada ocurre el efecto

contrario; es decir, se genera una fuerza de compresión que de no ser controlada

puede llegar a causar una fractura.

2.7.9 Presión de la bomba en los trabajos realizados con la herramienta CVJ

Durante los trabajos de limpieza y pesca en fondo de pozo, se debe tener

muy en cuenta la presión de operación de la bomba. La presión que mayor efecto

tiene en este caso es la presión de los nozzles y en menor medida las pérdidas

por fricción en el anular y el tubing, se calcula de la siguiente manera:

𝑃𝑠𝑝 = ∑ 𝑃𝑓𝑎 + ∑ 𝑃𝑓𝑡 + ∑ 𝑃𝑗𝑒𝑡𝑠

(Ecuación 4)

25

Donde:

Psp = presión en la bomba [psi]

Pfa = pérdidas de presión por fricción en el anula [psi]

Pft = pérdidas de presión por fricción en el tubing [psi]

Pjets = caída de presión en los jets [psi]

2.7.10 Presión de fondo de pozo

Las paredes del pozo están sujetas a presión. La presión hidrostática de

la columna de fluido representa la mayor parte de la presión, pero la que se

requiere para hacer subir el fluido por el espacio anular incide en las paredes del

pozo (IADC- Control de Pozos, 2000).

Se usa la siguiente expresión para calcular la presión de fondo de pozo:

𝑃𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 = 𝑃ℎ + ∑ 𝑃𝑓𝑎

(Ecuación 5)

Donde:

Pfondo = presión de fondo de pozo [psi]

Ph = presión hidrostática [psi]

2.7.11 Presión Diferencial

Se define como la diferencia entre la presión de formación y la presión

hidrostática (IADC- Control de Pozos, 2000).

Se clasifica en: sobre balanceada, sub-balanceada (bajo balance) y

balanceada.

26

Sobre balanceada = Ph > Pfm

Sub-balanceada = Ph < Pfm

Balanceada = Ph = Pfm

2.8 Flujo en Tuberías

Es el desplazamiento en conjunto de uno o más fluidos a través de la

tubería o ducto en forma homogénea o como fases. Cualquier fluido

desplazándose a través de una tubería pierde su energía o parte de ella, la misma

que es absorbida por disipación debido a las fuerzas de fricción. Estas fuerzas de

fricción se las puede determinar así:

Fricción interna debido a la viscosidad del fluido

Fricción externa debido a la rugosidad de la tubería

Las propiedades de los fluidos gas, petróleo y agua cambian

constantemente mientras fluyen a lo largo de la tubería debido a que, las

condiciones de presión y temperatura varían (Bánzer, 1996).

Para este estudio se tomará como referencia el agua fresca, la misma que

se utiliza en los trabajos de limpieza de pozo como fluido de control en las

intervenciones con la herramienta CVJ.

2.8.1 Reología

Es la ciencia del flujo y la deformación del material, incluye

características esenciales como elasticidad, plasticidad y viscosidad (Lapeyrose,

2002), en el siguiente estudio su aplicación será:

27

Determinar la tasa de desplazamiento adecuada para la remoción eficiente

de los sólidos mezclados con el fluido de limpieza.

Estimar las pérdidas de energía por fricción.

Calcular el requerimiento de la potencia de la bomba.

2.8.1.1 Términos usados en Reología

A continuación se presentan las definiciones usadas en Reología, (URL:

http: //www.glossary.oilfield.slb.com/es/Terms/j/junk.aspx.):

a) Viscosidad: se define como una propiedad de los fluidos que indica su

resistencia al flujo, es decir, la relación entre el esfuerzo cortante y la

velocidad de corte.

b) Velocidad de corte: es el índice al cual cambia su velocidad cuando una

capa de fluido pasa a través de otra.

c) Esfuerzo cortante: es la fuerza por unidad de superficie que se requiere

para mantener la velocidad constante de movimiento de un fluido.

d) Número de Reynolds, Nre: es la relación entre las fuerzas inerciales y las

fuerzas viscosas presentes en un fluido, fue establecido por Osborne

Reynolds para determinar el régimen de flujo.

e) Flujo laminar: cuando las partículas se desplazan en trayectorias paralelas

en forma de láminas o capas, presentes cuando Nre < 2300 (Garaicochea,

1991).

f) Flujo turbulento: cuando las partículas se desplazan de manera caótica en

todas las direcciones, presente cuando Nre > 3100 (Garaicochea, 1991).

g) Rugosidad de la tubería, ε: dada por las características superficiales de la

tubería (Garaicochea, 1991).

28

2.8.2 Clasificación de los fluidos

2.8.2.1 Fluido Newtoniano

Se conoce como fluido newtoniano si éste varía su viscosidad

únicamente en respuesta a los cambios de presión y temperatura. Los fluidos

newtonianos adoptan la forma del envase que los contiene (URL: http:

//www.glossary.oilfield.slb.com/es/Terms/j/junk.aspx.).

2.8.2.2 Fluido No Newtoniano

Posee propiedades de un líquido y de un sólido, es decir, de acuerdo a

ciertas condiciones fluye como un líquido, y en otras condiciones presenta

propiedades de elasticidad, plasticidad y resistencia similares a las de un sólido.

La viscosidad varía con la velocidad de corte (URL: http:

//www.glossary.oilfield.slb.com/es/Terms/j/junk.aspx.).

2.8.2.2.1 Fluido de Ley de Potencia

Su viscosidad disminuye a medida que aumenta la velocidad de corte.

Los fluidos de polímeros a base de agua se ajustan a este tipo de fluido (URL:

http: //www.glossary.oilfield.slb.com/es/Terms/j/junk.aspx.).

2.8.2.2.2 Fluido Herschel-Bulkley

Se requiere de un esfuerzo mínimo para iniciar el flujo, pero si se

disminuye el esfuerzo con el aumento de la cizalladura (URL: http:

//www.glossary.oilfield.slb.com/es/Terms/j/junk.aspx.). La siguiente imagen

muestra los diferentes tipos de fluidos.

29

Figura 10. Clasificación de los fluidos

Fuente: Schlumberger-Dowell, 2016

2.9 Software

Es un conjunto de órdenes llamadas instrucciones lógicas, escritas en un

lenguaje de programación que se le da a un computador para que realice una

serie de instrucciones y éstos a su vez ejecuten una determinada actividad de

manera automática (Deitel, 2008).

2.9.1 Características e Importancia del Software

Los sistemas de software son abstractos e intangibles, precisos, finitos,

correctos, óptimos e unívocos. No se encuentran regidos por leyes físicas ni por

procesos de fabricación, son más bien estructuras lógicas. Se debe tener mucho

cuidado ya que pueden volverse rápidamente muy complejos, difíciles de

entender y costosos de cambiar sino son tratados como un conjunto secuencial

ordenado a la hora de desarrollarlos.

El software se ha convertido en los últimos años en una herramienta

imprescindible que sirve de base para la investigación científica moderna y de

resolución de problemas de ingeniería. Es el factor clave que diferencia los

productos y servicios modernos. Está inmerso en todo tipo de sistemas tales

30

como: medicina, telecomunicaciones, entretenimiento, análisis financieros,

procesos industriales y comerciales, etc. Un software debe entregar al cliente la

funcionalidad y desempeño requeridos, además debe ser sustentable, confiable

y utilizable, para agilizar y optimizar procesos (Somerville, 2011).

2.9.2 Ciclo de vida clásico de un software

En la figura 11, se indica el proceso de vida clásico de un software (Aguilar,

2008).

Figura 11. Ciclo de vida clásico en cascada de un software

Fuente: Aguilar, 2011

2.9.3 Lenguajes de programación

Sirven para escribir algoritmos que permiten la comunicación entre la

máquina y el usuario.

31

Los algoritmos son un conjunto de instrucciones precisas, definidas, y

finitas que permiten la solución de un problema y se puede representar como

diagramas de flujo o pseudocódigo.

Los lenguajes de alto nivel requieren la interacción entre la parte física y

la parte abstracta, es por ésto que los lenguajes han sido orientados para trabajar

como objetos (Pressman, 2011), en la figura 12 se indica el proceso de creación

de un programa ejecutable.

Figura 12. Proceso de creación de un programa ejecutable


2.9.4 Tipos de lenguajes de programación

Cada lenguaje de programación posee sus propios conjuntos de

instrucciones, que la computadora podrá entender en código máquina gracias a

la traducción del código fuente realizado por los traductores (Brookshear, 2005).

Las instrucciones básicas que casi todos los lenguajes de programación

tienen son descritas a continuación:

Instrucciones de entrada y salida: es la transferencia de información entre

dispositivos periféricos y la memoria central.

Instrucciones de cálculo: sirven para generar operaciones aritméticas

32

Instrucciones de control: modifican la secuencia de la ejecución del

programa.

Los tipos de lenguajes de programación más importantes son los que se

presentan en la tabla 6. Para el desarrollo del software VENTURI BASKET

SIMULATOR® se escogió Visual Basic, un lenguaje de programación orientado

a objetos, popular y amigable para la programación, además de la facilidad que

ofrece su entorno de desarrollo denominado Visual Basic Studio.

Tabla 6. Tipos de lenguajes de programación

Tipo de lenguaje de programación Descripción

Alto Nivel Pascal, Fortran, Visual Basic, Ada,

C++, Java, C#, Phyton, entre otros.

Bajo Nivel Ensambladores (Código alfanumérico)

Máquina Código maquina

Diseño web SMGL, HTML, XLM, PHP, entre

otros.


2.9.5 Programación Orientada a Objetos (POO)

Es un paradigma de programación. Su función específica es dividir un

programa en modelos físicos o simulados (Aguilar, 2008), a continuación se

describen los siguientes conceptos.

2.9.5.1 Objetos

Permiten modelar instancias del mundo real de un modo más efectivo y

se crean a partir de clases. Su principal objetivo es encapsular en una única

33

unidad datos y funciones que operan directamente sobre ellos. Los objetos no

necesariamente están obligados a ser tangibles, puede ser también abstracto y

describir un proceso (Évora, 2013). Por ejemplo, en el software utilizamos:

objetos para implementar el concepto de escombro (Debris), la velocidad

(Velocity), la presión (Pressure), etc.

2.9.5.2 Clases

Son la implementación de un tipo abstracto de dato que describe no sólo

a los atributos sino también sus comportamientos (Aguilar, 2008). En el software

desarrollado, ejemplos de clases son: BHA Information, Casing Information,

Cleaning Tool, Dataset 1, 2, 3, 4, Flow, Flow and Pressure, Form1, Input

Information, Pressure Chart, Report, Scenario, y Velocity Chart.

2.9.5.3 Instancias

Son la implementación de los objetos descritos en una clase que se

pueden manipular con las operaciones definidas previamente en dicha clase

(Aguilar, 2008). En el software las instancias están determinadas por los

siguientes elementos: btn1, btn2, btn3,…, btn87.

2.9.5.4 Métodos

Son operaciones definidas para los objetos, y se pueden interpretar como

los mensajes que se envían a los objetos de una clase (Aguilar, 2008). En el

software, destacan métodos para obtener y establecer valores numéricos (GET y

SET), así como para la generación de gráficas (DGCP y DGCV).

34

2.9.5.5 Principales propiedades de la programación orientada a objetos

2.9.5.5.1 Abstracción

Considera los aspectos más importantes y significativos de un problema

e indica una solución práctica y directa para resolverlos (Aguilar, 2008). Por

ejemplo, los escombros son materiales con un gran número de características y

propiedades, sin embargo, para el problema consideramos únicamente los

necesarios y suficientes, es decir: diámetro, densidad, peso y volumen.

2.9.5.5.2 Encapsulamiento

Se define como el agrupamiento en una determinada estructura de todos

los elementos que a un cierto nivel de abstracción se pueden considerar

pertenecientes a una misma entidad, es decir, fragmentación de un programa.

(Lehman, 1979). En el software desarrollado, fueron encapsulados conceptos

como: BHA, Casing, Scenario, Flow, Pressure, etc.

2.9.5.5.3 Herencia

Son consideradas subdivisiones de las clases que comparten exactamente

las mismas características y métodos que las clases (Aguilar, 2008). Por ejemplo

los valores de la tabla Casing_Information son heredados en la tabla Flow and

Pressure para generar resultados.

2.9.5.5.4 Polimorfismo

Es una propiedad que le permite a un proceso tener el mismo nombre en

clases diferentes y a su vez permitirle que se comporte de modo distinto en cada

una de ellas (Aguilar, 2008). Por ejemplo, para realizar el reporte final, el mismo

objeto reporte es utilizado para presentar distintas gráficas: Presión y Velocidad.

En el Anexo 3 se muestra el diagrama de clases del software.

35

CAPÍTULO III

3 DISEÑO METODOLÓGICO

3.1 Tipo de estudio

El presente estudio técnico es de tipo analítico-prospectivo debido a que

a partir del desarrollo y operación del software realizado se pretende dar solución

al problema de incertidumbre que se tiene cuando se realizan los trabajos de

limpieza y pesca con la herramienta Canasta de Vacío con Jets, optimizando de

esta manera el desempaño de la herramienta mediante una evaluación detallada

de los resultados obtenidos en las diferentes simulaciones.

3.2 Universo y muestra

El universo está conformado por los pozos del Campo Drago, los mismos

que se encuentran ubicados en el Activo Shushufindi-Bloque 57.

La muestra del presente estudio incluye los pozos: Drago 053 (DDRD-

053D) y Drago 034 (DDRA-034) del campo Drago Norte, que fueron

seleccionados de acuerdo a las características físicas del fondo del pozo.

3.3 Instrumentos de recopilación de información y datos

Los instrumentos utilizados para la recopilación de información y datos

serán el software de hojas de cálculo de Microsoft Excel y Open Well®

Operations Reporting Software. La data recopilada estará conformada de los

diagramas de completación de pozos.

En la figura 13, se indica la secuencia de trabajo que se utilizó para

desarrollar el actual estudio técnico.

36

Figura 13. Etapas del desarrollo del Estudio Técnico

Fuente: Diego Quiluango Herrera

Etapas de elaboración del Estudio Técnico

Etapa 1

Revisión Bibliográfica

Visita a la Base de Dynadrill para el

reconocimiento de la herramienta CVJ

Etapa 2

Diseño y Programación del Software

Comprobación y Validación del Software

Etapa 3

Simulación Previa a la operación de limpieza y

pesca

Análisis y Conclusiones de los Resultados Obtenidos

en la simulación

37

3.4 Procedimiento de cálculo de la caída de presión

Para realizar el proceso de determinar las caídas de presión se consideran

los siguientes procedimientos:

3.4.1 Proceso de cálculo de la caída de presión en los jets

Para estimar la caída de presión de los jets dada la información de datos

de entrada como: caudal de flujo bombeado desde superficie, diámetro de los

jets elegidos, densidad del fluido de limpieza, y la constante del jet, se procede

a realizar el cálculo con la ecuación:

∆𝑃 =

𝑄2

#𝑗𝑒𝑡𝑠 ∗ 𝜌

12031 ∗ 𝐶2 ∗ 𝐴2

Donde:

ΔP = caída de presión en los nozzles [Psi]

ρ = densidad del fluido de limpieza [8.4 lbs/gal] correspondiente al agua fresca

C2 = constante de orificio del jet equivalente a 0.95 (Recomendado por el

fabricante)

A2 = área del jet [in2]

3.4.2 Proceso de cálculo para determinar la caída de presión en la succión

Conocida la información de la densidad del fluido de limpieza, el caudal

bombeado desde superficie, el tamaño del puerto contenedor de los jets y

variando el número de jets, se usa la siguiente ecuación propuesta por Gabolde

& Nguyen.

𝑆𝑆𝑃𝐷 = (0.0001493 ∗ 𝜌 ∗ 𝑔𝑝𝑚2

𝑝𝑜𝑟𝑡 𝑠𝑖𝑧𝑒4) ∗ # 𝑛𝑜𝑧𝑧𝑙𝑒𝑠

(Ecuación 6)

38

Donde:

SSPD = caída de presión en la succión [psi]


gpm = galones por minuto

port size = tamaño del puerto contenedor de los nozzles [in]

# jets = número de los jets a utilizar en la operación

3.4.3 Proceso para calcular las caídas de presión por efecto de la fricción

a) El número de Reynolds (adimensional) se define en unidades de campo así:

𝑁𝑅𝑒 = 92.2𝑞 ∗ 𝛾𝐿

𝑑 ∗ 𝜇

(Ecuación 7)

Donde:

q= caudal de flujo [bpd]

γL= densidad relativa del fluido de limpieza, agua

d= diámetro de la tubería [in]

µ= velocidad del fluido de limpieza, agua [cP].

Si el NRe> 3100, el flujo es turbulento, y si el NRe <2300 el flujo es laminar.

b) Con el tipo de flujo descrito anteriormente, y al conocer las características

reológicas del fluido usado (agua), y las características de la tubería, se usa:

Fluido Newtoniano en la tubería:

Flujo laminar:

𝑃 =𝐿 ∗ 𝑞 ∗ 𝜇

612.95𝑑4

(Ecuación 8)

39

Flujo turbulento:

𝑃 =𝐿 ∗ 𝑑0.8 ∗ 𝑞1.8 ∗ 𝜇0.2

901.63 ∗ 𝑑4.8

(Ecuación 9)

Donde:

P = caída de presión por efecto de la fricción [psi]

L = longitud de la tubería [m]

d= diámetro interno de la tubería [in]

Fluido Newtoniano en el anular:

Flujo laminar:

𝑃 =𝑞 ∗ 𝐿 ∗ 𝜇

408.63 ∗ (𝑑𝑜 + 𝑑𝑖)(𝑑𝑜 − 𝑑𝑖)3

(Ecuación 10)

Donde:

do= diámetro externo en el anular [in]

di= diámetro interno en el anular (diámetro externo de la tubería) [in]

Flujo turbulento:

𝑃 =𝐿 ∗ 𝑑0.8 ∗ 𝑞1.8 ∗ 𝜇0.2

706.96(𝑑𝑜 + 𝑑𝑖)1,8 ∗ (𝑑𝑜 − 𝑑𝑖)3

(Ecuación 11)

40

3.4.4 Proceso para estimar la presión en el bomba

Para determinar la presión de operación de la bomba (Stand pipe) se usa la siguiente

ecuación:

𝑃𝑝𝑢𝑚𝑝 = ∑ 𝑃𝑓𝑎 + ∑ 𝑃𝑓𝑡 + 𝑃𝑗𝑒𝑡𝑠

(Ecuación 12)

Donde:

Ppump= presión en el cabezal [psi]

Pfa= perdidas de presión por fricción en el anular [psi]

Pft= perdidas de presión por fricción en el tubing [psi]

Pjets= perdida de presión en los jets [psi]

3.4.5 Proceso para calcular la potencia de la bomba requerida en superficie

a) Calcular la eficiencia volumétrica de la bomba

𝑛𝑣 =𝑞𝑟

𝑞

(Ecuación 13)

Donde:

qr= caudal de flujo verdadero [l/min]

q= caudal bombeado [l/min]

b) La ecuación 14, determina la potencia requerida por la bomba

𝑃𝑚 =𝑃𝑝𝑢𝑚𝑝 ∗ 𝑞𝑟

44750 ∗ 𝑛𝑚 ∗ 𝑛𝑡[ℎ𝑝]

(Ecuación 14)

41

Donde:

Pm= potencia requerida por la bomba [hp]

nm= coeficiente de eficiencia mecánica determinada por el fabricante de la bomba,

para equipos que no son nuevos se estima (0.85).

nt= coeficiente de eficiencia total (correas+cadenas+torque) recomendado por el

fabricante, para equipos que no son nuevos se estima (0.85).

3.5 Procedimiento para el cálculo de la tasa de flujo

3.5.1 Selección del caudal bombeado en superficie

Elegir el caudal más adecuado de la siguiente tabla.

El caudal seleccionado va a depender de las características del trabajo a realizar.

Tabla 7. Opciones de caudal a bombear desde superficie

Fuente: Gardner Denver, 2018

3.5.2 Proceso para calcular caudal de succión

a) Ingresar el valor del caudal bombeado desde superficie

b) Seleccionar un diámetro de jet

c) Elegir el número de jets a utilizar

d) Utilizar la siguiente ecuación

42

𝑆𝐹𝑅 =𝑄

# 𝑗𝑒𝑡𝑠

(Ecuación 15)

Donde:

SFR= caudal de flujo en la succión

#jets= número de jets

3.6 Procedimiento para calcular la velocidad

3.6.1 Proceso para calcular la velocidad de los jets

a) Elegir el caudal bombeado desde superficie/ calcular caudal en la succión

b) Elegir el número de jets

c) Usar la siguiente fórmula para calcular la velocidad de los jets

𝑉𝑗𝑒𝑡𝑠 = #𝑗𝑒𝑡𝑠 ∗24.5 ∗ 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙(𝑔𝑝𝑚)

∅𝑗𝑒𝑡2

(Ecuación 16)

Donde:

Caudal (gpm) = dos secciones, la primera antes de los jets y la segunda después de

los jets.

3.6.2 Proceso de cálculo de la velocidad en el Wash Pipe

a) Calcular el caudal de flujo en la succión

b) Realizar el cálculo con la siguiente ecuación:

𝑉𝑤𝑝 =24.5 ∗ 𝑆𝐹𝑅

𝑑𝑤𝑝2

(Ecuación 17)

43

Donde:

Vwp=velocidad en el Wash pipe [ft/min]

dwp= diámetro del Wash pipe [in]

3.6.3 Proceso para calcular la velocidad en el tubería

a) Seleccionar caudal bombeado en superficie / Calcular el caudal de succión

b) Seleccionar el diámetro de la tubería (configuración preparada)

c) Usar la siguiente ecuación

Vtubing =24.5 ∗ 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙(𝑔𝑝𝑚)

idtubing2

(Ecuación 18)

Donde:

Vtubing = velocidad en la tubería [ft/min]

idtubing = diámetro interno de la tubería [in]

3.6.4 Proceso para calcular la velocidad en el anular

d) Seleccionar caudal bombeado en superficie/ calcular el caudal de succión

a) Usar la siguiente ecuación

𝑉𝑎𝑛𝑛𝑢𝑙𝑎𝑟 =24.5 ∗ 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙(𝑔𝑝𝑚)

𝑖𝑑𝑐𝑎𝑠𝑖𝑛𝑔2 − 𝑜𝑑𝑡𝑢𝑏𝑖𝑛𝑔2

(Ecuación 19)

Donde:

idcasing= diámetro interno de la tubería de revestimiento [in]

odtubing= diámetro externo de la tubería [in]

44

3.7 Diagrama de flujo del funcionamiento del Software

Para la representación gráfica del funcionamiento del software, la

simbología utilizada está basada en la norma UML (Lenguaje Unificado de

Modelamiento), creada para estandarizar la forma de visualizar el diseño de un

sistema de software (Booch, Rumbaugh & Jacobson, 1998). En la siguiente

tabla, se incluyen los principales símbolos y su correspondiente descripción:

Tabla 8. Simbología estándar para la elaboración de diagramas de flujo

Símbolo Nombre Función

Inicio/Final

Representa el inicio y el final de un

proceso

Línea de Flujo

Indica el orden de la ejecución de las

operaciones e indica también el sentido

de la siguiente instrucción

Entrada/ Salida de Datos

Representa la lectura de datos en la

entrada y la impresión de datos en la

salida

Proceso

Representa cualquier tipo de operación

Decisión

Nos permite analizar una situación, con

base en los valores verdadero y falso

Documento

Un documento o informe impreso

Subproceso

Indica la secuencia de acciones a realizar

de manera específica contenidas dentro

de un proceso más grande

Fuente: SmartDraw Software, 2018

45

A continuación, el diagrama de flujo UML para el software VENTURI BASKET SIMULATOR®:

Inicio del Programa

Ingresar Información del proyecto

Ingresar datos de

entrada del escenario

Diámetro de escombro < 4.5 plgs

Ingresar datos del

Casing y BHA

Si

No

Mensaje de error Cambiar el diámetro del escombro

Determinación de presión

Determinación del Caudal

¿ΔP, cumple requerimientos del

Jet?

No

Mensaje de error Modificar los datos

de entrada

Si

Pérdida de presión por fricción en anular y tubing

Determinar la presión de la

bomba

Calcular la potencia

requerida por la bomba

Representación gráfica de Presión vs

Profundidad

Cálculo de velocidad en el tubing y anular

bajo los jets

Cálculo de velocidad en el tubing y anular sobre los jets

Velocidad de jets > 150 ft/min

SiRepresentación

gráfica de Velocidad vs Profundidad

Reporte PDF, Word, ExcelFin del Programa

Generación del reporte Final

Exportar en formato elegido

Figura 14. Diagrama de flujo del Software


46

CAPÍTULO IV

4 GUÍA DE USUARIO VENTURI BASKET SIMULATOR®

4.1 Descripción del Software VENTURI BASKET SIMULATOR®

El software VENTURI BASKET SIMULATOR® es una

herramienta informática que ha sido desarrollada para realizar simulaciones

previas a las actividades de limpieza y pesca de fondo de pozo con la

herramienta Canasta de Vacío con Jets o (Venturi Jet Junk Basket), por su

definición en inglés. El software tiene la facultad de realizar los siguientes

cálculos:

a) Velocidad en el anular: es un parámetro muy importante para conocer si la

remoción de los escombros del fondo está siendo efectiva.

b) Perfil de presiones en el sistema: permite establecer la presión y potencia

requerida por la bomba de acuerdo con las diferentes caídas de presión a lo

largo del sistema.

c) Número y diámetro de jets: se puede elegir el diámetro y el número de

jets adecuados para cada una de las diferentes intervenciones en los pozos.

d) Número de extensiones: necesarias para una mayor eficiencia de limpieza.

Los resultados finales son presentados en un reporte que puede ser

almacenado en tres diferentes formatos (PDF, Excel, Word).

La interfaz del software ha sido elaborada en el idioma inglés por

preferencia del autor debido a que es una lengua muy difundida en el medio

petrolero, además puede ser internacionalizado y su comprensión, por ende,

será más aceptada.

47

4.2 Ingreso al Software

Para ingresar al programa es necesario digitar el nombre de usuario

preestablecido y su correspondiente contraseña.

Presionar el botón (LOGIN) y esperar a que la barra de progreso llegue a

100%.

Figura 15. Ingreso a VENTURI BASKET SIMULATOR®


Si el nombre de usuario o la contraseña no coinciden, se mostrará un

mensaje de error indicando que no se pudo acceder al programa.

Figura 16. Mensaje de error de contraseña


48

Si se digitó correctamente el nombre de usuario y la contraseña, se

desplegará un mensaje de bienvenida que le permitirá ingresar a la interfaz

del programa.

Figura 17. Mensaje de bienvenida


Hacer clic en el botón aceptar, entonces se desplegará la siguiente interfaz

de usuario.

Figura 18. Descripción de la interfaz principal


Menús desplegables

Barra de herramientas

Panel de herramientas

básicas

Botones de control de ventana

Barra de título

Área de trabajo y visualización

Barra de estado

49

4.3 Crear un nuevo proyecto

Para crear un nuevo proyecto, hacer clic en el menú de opciones y

elegir el icono (New Project), presionar sobre él y a continuación se

desplegará una ventana.

Figura 19. Barra de menús desplegables


En la nueva ventana (Input Information), ingresar los datos

informativos del nuevo proyecto de la siguiente forma:

a) Presionar el botón nuevo (New).

b) Llenar los campos vacíos en la parte superior.

Nombre de la empresa.

Ensamblaje de fondo de la herramienta.

Campo.

Pozo.

Torre que realiza el trabajo.

Escoger el tipo de levantamiento artificial del pozo.

Código distintivo de cada uno de los trabajos a realizar.

50

Escoger la fecha y hora de la simulación.

c) Presionar el botón agregar (Add), para guardar los datos en la memoria

virtual del programa.

d) A continuación aparecerá una ventana informativa que le informará si la

operación fue exitosa.

e) Presionar OK para guardar y salir.

Figura 20. Ingreso de la información del proyecto


4.4 Ingresar datos de entrada (Inputs)

4.4.1 Datos de entrada del escenario (Scenario Inputs)

Para realizar el proceso de ingresar los datos de entrada, existen dos

opciones:

1) Se puede ingresar a través de la barra de menús desplegables en la parte

superior presionando clic sobre el ícono nuevo proyecto- escenario de

entrada (Scenario Inputs).

2) Ingresar por medio del panel inmediato ubicado en la pantalla principal

presionando el botón escenario de entrada (Scenario Data).

51

Al hacer clic en cualquiera de las dos opciones, se desplegará una

ventana llamada Scenario

A continuación se indica la forma de rellenar los campos de la

ventana Scenario:

a) Los valores numéricos a ingresar que contengan decimales únicamente

serán aceptados con el punto decimal, porque es un programa que ha sido

desarrollado en el idioma inglés, el uso de la coma no genera ningún

resultado.

b) Existen dos campos (número de nozzles, y número de extensiones) los

mismos que tienen un desplegable que le permitirá al usuario elegir un

número de jets (2, 3, 4, 5) de acuerdo a las características del trabajo a

realizar. Las extensiones también poseen un rango fijo que va desde 1 hasta

10, cada extensión tiene una longitud de 8 pies, debido a que si se excede

una longitud total de 100 pies en la herramienta, no se genera el efecto de

succión esperado.

Figura 21. Listas de selección (jets y extensiones) Fuente: Diego Quiluango Herrera

Listas de selección

52

c) Al llegar al casillero, tamaño de debris (Larger Debris Size) el rango

operativo de la herramienta Canasta de Vacío con jets le permite atrapar

sólidos de hasta 4,5 pulgadas de diámetro. Si excede el tamaño establecido

aparecerá un mensaje de error que le informará al usuario que no está

permitido ingresar tamaño de sólidos mayores al prestablecido, en este caso

el usuario deberá analizar la posibilidad de implementar una herramienta

extra que le permita reducir el tamaño de los escombros ya que si no lo hace

pueden los sólidos taponar los atrapadores duales, y la limpieza del pozo no

se logrará realizar con éxito.

d) A continuación se presiona el botón aceptar (OK) para guardar en memoria

virtual del programa.

Figura 22. Mensaje de advertencia de ingreso de diámetro de escombro


53

4.5 Datos de entrada del Casing/BHA

Ingresar los datos de entrada del Casing y el BHA a utilizar durante

la simulación.

Existen dos secciones: la primera sección llamada información de

entrada del Casing (Casing Input Information) la cual contiene una tabla en

la que se procederá a ingresar los datos del Casing.

La segunda sección ubicada en la parte inferior se denomina

Información de entrada del BHA (BHA Input Information), la misma que

contiene a la correspondiente tabla en la que se ingresarán los datos del

BHA.

4.5.1 Ingresar los datos de entrada del Casing

a) Ingresar el valor en la celda (Top MD), luego el valor correspondiente en la

celda (Bottom MD)

b) El valor de la longitud de la tubería (Length) calculado es la diferencia entre

(Bottom MD – Top MD) y se obtiene al presionar el botón Length ubicado

en la parte inferior izquierda de la ventana actual.

c) Las columnas siguientes presentan almacenados los valores más usados en

las tuberías de revestimiento del país como son: Weight (peso), ID

(diámetro interno), OD (diámetro externo), Tool Name (Nombre de la

herramienta).

54

Figura 23. Ingreso de datos del Casing


4.5.2 Ingresar los datos de entrada del BHA

Se debe seguir el siguiente proceso:

a) Colocar el valor inicial en la celda (Top MD) la cual será cero, ya que es el

plano de referencia en la superficie y la colocará el usuario manualmente.

b) Presionar el botón (View Depth), se abrirá enseguida una ventana asistente

de cálculo de profundidad que le pedirá que ingrese el valor al cual desea

llegar, luego deberá ingresar el valor total del BHA, esto de acuerdo a la

configuración planeada. La ventana asistente de cálculo de profundidad le

indicará con un mensaje a que profundidad se asentará la sarta del BHA.

c) Para conocer el valor de la longitud de la tubería a lo largo de la trayectoria

del pozo se presionará el botón calcular ubicado en la parte inferior derecha.

d) La tabla del BHA contiene almacenado los valores más comunes de peso,

diámetro interno y externo de BHA en desplegables que el usuario escogerá

55

de acuerdo a sus necesidades, se lo ha realizado así para que todo esté

automatizado y sea más rápido el desarrollo de la simulación.

e) Se ingresa de forma manual el caudal bombeado en superficie y el caudal

de succión en las dos secciones de la tubería (antes y después de la posición

de los jets).

f) Se escoge de manera manual el diámetro interno del Casing usado en la

simulación.

g) Al completar todos los campos de la tabla del BHA se presiona el botón OK

para guardar en la memoria virtual.

Figura 24. Selección de la profundidad objetivo


56

Figura 25. Ingreso de datos de BHA de limpieza


4.6 Resultados (Output)

4.6.1 Resultados del escenario elegido

Para realizar los cálculos con la información ingresada se siguen los

siguientes pasos:

a) Primero ir al menú de opciones e ingresar a la sección de análisis (Analysis),

al hacer clic se desplegará la ventana de resultados.

b) Presionar el botón calcular y se obtendrán los resultados a excepción de los

valores de la presión en la cabeza, perdidas de presión por fricción total

(tubing + anular), y la potencia de la bomba requerida, ésto se debe a que se

necesitan obtener los resultados de flujo y presión que se calcularán más

adelante.

c) Con esos valores obtenidos hacer clic en refrescar (Refresh) y se

actualizarán los campos calculados.

d) Presionar los botones (Apply, y OK) para guardar y salir.

57

Figura 26. Presentación de los resultados obtenidos


Figura 27. Generación de resultados previos


4.6.2 Resultados de caudal y presión

Para obtener los resultados del caudal y presión, ir al menú de

opciones y en la sección de análisis hacer clic en el correspondiente botón

de resultados de presión y caudal (Flow and Pressure Extended Analysis).

58

Desplegar la ventana nueva, llamada (Flow and Pressure Analysis),

que contiene dos secciones: la superior con una breve reseña de los valores

más importantes los que se presentarán en el informe final. La sección

inferior posee los resultados de las tasas de flujo y presión almacenados en

una tabla.

Para obtener los resultados se deben seguir los siguientes pasos:

a) Presionar el botón de cargar (upload) para visualizar el resumen de los

valores más importantes.

b) Presionar el botón calcular para visualizar los resultados en la tabla de la

sección inferior.

c) Hacer clic en el botón refrescar (Refresh) para visualizar la diferencia de las

dos secciones que se describieron antes en la trayectoria del fluido de

limpieza (antes y después del posicionamiento de los jets).

d) Presionar el botón OK, para guardar y salir de la ventana.

Figura 28. Generación de resultados finales


59

4.7 Gráficas

4.7.1 Gráfica de velocidad

Hacer clic sobre el botón “Velocity Chart” para ingresar a la ventana gráfica

de velocidad.

Presionar el botón “Plot” para visualizar la gráfica de la velocidad.

Hacer clic en “Print” si desea imprimir la gráfica.

Figura 29. Representación gráfica V vs MD


4.7.2 Gráfica de Presión

a) Presionar el botón “Profile Pressure Chart” para acceder a la ventana gráfica

de presión.

b) Al ingresar a la ventana de la gráfica de presión, presionar el botón “Plot”

y visualizar los resultados, para ver simultáneamente las dos gráficas

generadas, ir a la barra de menús desplegables y ubicarse en “Windows”, se

desplegarán automáticamente varias opciones.

60

c) La línea roja representa el valor del perfil de velocidad del anular, la línea

verde representa el valor del perfil de la velocidad en el tubing, y finalmente

la línea azul indica la localización en pies de los jets.

d) En la gráfica de presión, la línea roja representa la presión hidrostática en el

anular, la línea verde indica la presión hidrostática en el tubing, y la línea

azul indica la profundidad a la cual se hallan los jets.

Figura 30. Presentación gráfica P vs MD


4.8 Generar y Guardar el Reporte final

Para visualizar el reporte final, se debe ir a la barra de menús

desplegables y presionar en la sección “Tools”, luego hacer clic en el botón

reporte (Report).

En la ventana reporte están resumidos los valores más destacados de

la simulación, que ayudarán al usuario a interpretar de mejor manera los

resultados generados.

61

En esta ventana existe la posibilidad de guardar el proyecto en

formato Word, Excel, y PDF. También se puede enviar a imprimir el reporte

final desde esta misma ventana.

Figura 31. Creación del Reporte final del proyecto


Figura 32. Selección del formato para guardar el proyecto finalizado


62

Figura 33. Guardar el proyecto finalizado


63

CAPÍTULO V

5 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

5.1 Validación de resultados del Programa VENTURI BASKET

SIMULATOR®

Los valores presentados en la figura 34 son recomendados para diámetros

de jet de 1/ 4” y 9/32" con 3 jets a diferentes caudales, éstos muestran la caída

de la presión para cada uno de los casos.

El programa VENTURI BASKET SIMULATOR® genera estos valores

como se muestra en la Tabla 9. Los valores están establecidos para fluido de

control con densidad de 8.4 lbs/gal, y viscosidad de 1 cP, correspondientes al

agua fresca.

En la Tabla 10, se pude observar que el porcentaje de error comparativo

entre los valores recomendados por el fabricante de la herramienta Canasta de

Vacío con Jets y el resultado generado en el simulador, es menor al 2%, lo cual

indica, según la norma ISO/IEC 25000 (https: //iso25000.com/, 2018), que el

programa es apto para ser usado.

Si se modifica la densidad del fluido de control se cambiará el caudal de

bombeo y el diámetro de los jets para obtener los resultados esperados.

Figura 34. Tabla de requerimientos del Jet/Nozzle

Fuente: Wellentech, 2018

64

Tabla 9. Tabla de resultados VENTURI BASKET SIMULATOR®

Jet

Diámetro del Jet

Cantidad de Jets

Caudal Bombeado

Presión (Psi)

bbl/min

Gpm

1/4

3

3

126 566.36

4

168 1006.86

5

210 1573.21

9/32

3

4

168 628.58

5

210 982.15

6

252 1414.29


Tabla 10. Validación de resultados en la caída de presión de los jets

3 Jets Fabricante VENTURI BASKET

SIMULATOR®

% Error

Caudal Caída de presión

1/4

126 560 566.36 1.136

168 1000 1006.86 0.686

210 1560 1573.21 0.847

9/32 168 630 628.58 0.225

210 1000 982.15 1.785

252 1430 1414.29 1.098


5.2 Simulación en los pozos seleccionados del Campo Drago

Los pozos Drago Norte 053 y Drago Norte 034D fueron

seleccionados para realizar el trabajo de limpieza de fondo de pozo debido

a las siguientes características que presentan:

a) Problemas de arenamiento en los dos pozos.

65

b) Drago Norte 053 presenta la presencia de bandas y restos de packers debido

a un trabajo previo de molienda.

c) Drago Norte 034D presenta problemas de caída de cadenas durante Pulling

y presencia de arena consolidada con tamaño > 4.5 pulgadas.

5.2.1 Simulación en el pozo Drago Norte 053

5.2.1.1 Datos de entrada (Inputs)

Tabla 11. Datos de entrada Casing, DRRD-053

Casing Information

Top

MD(ft)

Bottom

MD(ft)

Length

(ft)

Tool Name OD

(in)

Weight

(lbs/ft)

ID

(in)

0 9027 9027 Intermediate

Casing

9.625 53.5 8.535

8811 10378 1567 Liner String 7 29 6.276


Tabla 12. Datos de entrada BHA, DRRD-053

BHA String

Top

MD(ft)

Bottom

MD(ft)

Length (ft) Tool OD

(in)

ID (in) Weight

(lbs/ft)

Roughness

(in)

0.00 9956.25 9956.25 Drill Pipe 3.50 2.68 18 0.0018

9956.25 9958.25 2 Cross over 3.50 2.68 15 0.0018

9958.25 10085.35 127.10 Drill

Collar

4.75 2.125 14 0.0018

10085.35 10098.02 12.67 Hydraulic

Jar

4.75 2.125 14 0.0018

10098.02 10161.16 63.14 Drill

Collar

4.75 2.125 14 0.0018

10061.16 10163.65 2.49 Bushing

Triple

Conection

5.50 4.768 16. 0.0018

10163.65 10166.21 2.560 VACS 5.50 0.25 16 0.0018

10166.21 10195.18 28.97 Extension 5.50 4.768 16 0.0018

10195.18 10196.95 1.77 Cross over

sub

5.75 5.125 16 0.0018

10196.95 10200.00 3.05 Rotary

Shoe

6.125 5.125 18 0.0018

10200.00 10200.00 0.00 Rotary

Shoe

6.125 5.125 18 0.0018


66

Tabla 13. Datos de entrada Escenario, DRRD-053

Scenario Inputs

CVJ Information Debris Information

Tool Size (in): 5.5 Operation Type: General Cleaning

Number Of Nozzles

(in):

3.0 Debris Type: Debris

Nozzle ID (in): 0.25 Debris Size (in): 1

Port Size (in): 1.125 Density (lbm/gal): 21.3

Debris Volume (ft3): 6.4

Pump Information Fluid Information

Input Pump Rate (gpm):

210

Fluid Type: Water

Fluid Weight (lbm/gal): 8.4

Viscosity (cP): 1


5.2.1.2 Procedimiento de cálculo con VENTURI BASKET SIMULATOR®

a) Ingresar los datos de entrada del escenario.

Figura 35. Entrada de datos escenario, pozo DRRD-053


67

b) Ingresar los datos de entrada del Casing y BHA.

Figura 36. Entrada de datos-Casing/BHA-pozo DRRD-053


5.2.1.3 Resultados obtenidos (Outputs) de la simulación del pozo DRRD-053

a) Resultado escenario, pozo DRRD-053

Figura 37. Resultados-Escenario- pozo DRRD-053


68

b) Resultados Casing y BHA de limpieza del pozo DRRD-053

Figura 38. Resultados Casing y BHA de limpieza pozo DRRD-053


c) Gráfica de Profundidad vs Velocidad, pozo DRRD-053

Figura 39. Gráfica Velocidad vs Profundidad, pozo DRRD-053


69

d) Gráfica de Presión vs Profundidad, pozo DRRD-053

Figura 40. Gráfica Presión vs Profundidad pozo DRRD-053


Para realizar la elección más adecuada del número, diámetro de jets,

y extensiones se realizaron 36 simulaciones. Con los resultados obtenidos

se pudo determinar los parámetros necesarios para generar una mayor

eficiencia en el proceso de limpieza del pozo Drago 053.

En la tabla 14, se puede apreciar que se realizaron 12 simulaciones

para 2, 3, y 4 jets con un diámetro de 0.25 pulgadas, cuando se usan 2 jets

se puede observar que la caída presión en los jets es muy alta lo que genera

mayores requerimientos de la potencia de la bomba, por tanto no se debería

usar solo 2 jets para realizar las actividades de limpieza del pozo Drago 053.

La velocidad de arrastre de los recortes también es muy alta, al tratar con

arena no es lo conveniente generar éstos valores tan altos, porque el fluido

mantendría a las partículas de arena recirculando por el anular y no

ingresaría al interior de las extensiones. Con 4 jets pasa lo contrario.

70

Tabla 14. Parámetros más adecuados de funcionamiento de la

herramienta CVJ con diámetro de Jet de 0.25 in.

DRRD-053

# test

q (gpm)

# jets

ɸ jet (in)

ΔP jet (psi)

Ppump (psi)

BHP (hp)

Vannular (ft/min)

VRetrieval (ft/min)

1 126 2 0.25 1274.3 1596.62 138.02 824.277 717.297

2 168 2 0.25 2265.43 2814.24 324.37 1099.035 992.055

3 210 2 0.25 3539.73 4369.01 629.47 1373.794 1266.81

4 252 2 0.25 5097.21 6259.16 1082.15 1648.553 1541.55

5 126 3 0.25 566.36 888.65 76.82 549.518 442.538

6 168 3 0.25 1006.86 1555.63 179.3 732.69 625.71

7 210 3 0.25 1573.21 2402.43 346.13 915.863 808.883

8 252 3 0.25 2265.43 3427.3 592.55 1099.035 992.055

9 126 4 0.25 318.58 640.86 55.4 412.138 305.158

10 168 4 0.25 566.36 821.88 94.73 549.518 442.538

11 210 4 0.25 884.93 1714.13 246.96 686.897 679.917

12 252 4 0.25 1274.3 2436.14 421.19 824.277 717.297


La figura 41, muestra que si se escoge usar 3 jets para realizar el trabajo

de limpieza del pozo DRRD-053, ésta sería la mejor opción debido a que se

cumple con los requerimientos de los jets previamente visto en éste estudio, la

potencia requerida por la bomba no es muy alta, y la velocidad de arrastre no

resulta ser ni muy alta ni demasiado baja.

Figura 41. Velocidad anular y Velocidad de remoción de escombros a

diferentes caudales con diámetro de Jet de 0.25 in.


0

50

100

150

200

250

300

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Diámetro de Jet 0.25 in

Annular Velocity Retrieval Velocity

71



DRRD-053

# test

q (gpm)

# jets

ɸ jet (in)

ΔP jet (psi)

Ppump (psi)

BHP (hp)

VAnnular (ft/min)

VRetrieval (ft/min)

13 126 2 0.28125 795.54 1117.86 96.63 824.277 717.297

14 168 2 0.28125 1414.29 1963.1 226.27 1099.035 992.055

15 210 2 0.28125 2209.83 3039.11 437.86 1373.794 1266.81

16 252 2 0.28125 3186.16 4344.11 751.06 1648.553 1541.57

17 126 3 0.28125 353.57 675.86 58.43 549.518 442.538

18 168 3 0.28125 628.58 1177.35 135.7 732.69 625.71

19 210 3 0.28125 982.15 1811.37 260.97 915.863 808.883

20 252 3 0.28125 1414.29 2576.16 445.4 1099.035 992.055

21 126 4 0.28125 198.89 521.17 45.05 412.138 305.158

22 168 4 0.28125 353.57 902.32 104 549.518 442.538

23 210 4 0.28125 552.46 1381.66 199.06 686.897 579.917

24 252 4 0.28125 795.54 1957.38 338.41 824.277 717.297


La tabla 15, muestra que al usar un diámetro de jet de 0.28125 pulgadas,

el número de jets recomendado para este caso es de 3 jets, debido a que cumple

con los requerimientos de presión antes establecidos. En la figura 42, se aprecia

que si se usa un número de 2 jets la presión de la bomba es muy alta al igual que

velocidad de arrastre, y si se usan 4 jets los requerimientos de presión no son

suficientes.


diferentes caudales con diámetro de Jet 0.28125 in.


0

50

100

150

200

250

300

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800



72



DRRD-053

# test

q (gpm)

# jets

ɸ jet (in)

ΔP jet (psi)

Ppump (psi)

BHP (hp)

VAnnular (ft/min)

VRetrieval (ft/min)

25 126 2 0.3 614.54 936.86 80.99 824.277 717.297

26 168 2 0.3 1092.51 1641.32 189.18 1099.035 992.055

27 210 2 0.3 1707.04 2536.32 365.42 1373.94 1266.81

28 252 2 0.3 2458.14 3620.09 625.88 1648.553 1541.57

29 126 3 0.3 273.13 595.42 51.47 549.518 442.538

30 168 3 0.3 485.56 1034.33 119.22 732.69 625.71

31 210 3 0.3 758.69 1587.91 228.78 915.863 808.883

32 252 3 0.3 1092.51 2254.38 389.76 1099.035 992.055

33 126 4 0.3 153.63 475.91 41.14 412.138 305.158

34 168 4 0.3 273.13 821.88 94.73 549.518 442.538

35 210 4 0.3 426.76 1255.96 180.95 686.897 579.917

36 252 4 0.3 614.54 1776.38 307.12 824.277 717.297


En la tabla 16, se aprecian los resultados de las simulaciones realizadas

y se determina entonces que para éste caso es mejor usar 3 jets, ya que cumplen

los requerimientos de los jets. La figura 43, permite corroborar la elección delos

3 jets, a la derecha del recuadro se observa que la velocidad de arrastre es mayor

debido a que se usan 2 jets, a la izquierda en cambio se aprecia que usando 4 jets

los requerimientos no se cumplen.


diferentes caudales con diámetro de Jet de 0.30 in.


0

50

100

150

200

250

300

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800



73

5.2.2 Simulación en el pozo Drago Norte 034D

5.2.2.1 Datos de entrada (Inputs)

Tabla 17. Datos de entrada Casing, DRRD-034D

Casing Information

Top

MD(ft)

Bottom

MD(ft)

Length

(ft)

Tool Name OD

(in)

Weight

(lbs/ft)

ID

(in)

0 9661 9661 Intermediate

Casing

9.625 53.5 8.535

9432 10355 923 Liner String 7 29 6.276


Tabla 18. Datos de entrada BHA, DRRA-034D

BHA String

Top

MD(ft)

Bottom

MD(ft)

Length (ft) Tool OD

(in)

ID (in) Weight

(lbs/ft)

Roughness

(in)

0.00 9993.11 9993.11 Drill Pipe 3.50 2.68 18 0.0018

9993.11 9995.11 2 Cross

over

3.50 2.68 15 0.0018

9995.11 10185.35 190.24 Drill

Collar

4.75 2.125 14 0.0018

10085.35 10198.02 12.67 Hydraulic

Jar

4.75 2.125 14 0.0018

10098.02 10261.16 63.14 Drill

Collar

4.75 2.125 14 0.0018

10261.16 10263.65 5.05 Bushing

Triple

Conection

5.50 4.768 16. 0.0018

10263.65 10266.21 0 VACS 5.50 0.25 16 0.0018

10266.21 10295.18 28.97 Extension 5.50 4.768 16 0.0018

10295.18 10296.95 1.77 Cross

over sub

5.75 5.125 16 0.0018

10296.95 10300.00 3.05 Rotary

Shoe

6.125 5.125 18 0.0018

10300.00 10300.00 0.00 Rotary

Shoe

6.125 5.125 18 0.0018


74

Tabla 19. Datos de entrada Escenario, DRRA-034D

Scenario Inputs

CVJ Information Debris Information

Tool Size (in): 5.5 Operation Type: Cleaning Wellbore

Number Of Nozzles

(in):

3.0 Debris Type: Sand

Nozzle ID (in): 0.25 Debris Size (in): 1

Port Size (in): 1.125 Density (lbm/gal): 21.3

Debris Volume

(ft3):

7.2

Pump Information Fluid Information

Input Pump Rate (gpm):

210

Fluid Type: Water

Fluid Weight (lbm/gal): 8.4

Viscosity (cP): 1


75

5.2.2.2 Procedimiento de Cálculo con VENTURI BASKET SIMULATOR®

a) Ingresar los datos de entrada del escenario.

Figura 44. Entrada de datos escenario, pozo DRRA-034D


b) Ingresar los datos de entrada del Casing/BHA.

Figura 45. Entrada de datos Casing/BHA, pozo DRRA-034D


76

5.2.2.3 Resultados obtenidos en la Simulación (Outputs), pozo DRRA-034D

a) Resultados escenario pozo DRRA-034D.

Figura 46. Resultados escenario ingresado, pozo DRRA-034D


b) Resultados Casing/BHA pozo DRRA-034D.

Figura 47. Resultados Casing/BHA, pozo DRRA-034D


77

c) Gráfica Velocidad vs Profundidad del pozo DRRA-034D.

Figura 48. Gráfica Velocidad vs Profundidad, DRRA-034D


d) Gráfica Presión vs Profundidad del pozo DRRA-034D.

Figura 49. Gráfica Presión vs Profundidad, DRRA-034D


78



DRRA-034D

# test

q (gpm)

# jets

ɸ jet (in)

ΔP jet (psi)

Ppump (psi)

BHP (hp)

Vannular (ft/min)

VRetrieval (ft/min)

1 126 2 0.25 1274.3 1603.65 138.63 824.277 599.346

2 168 2 0.25 2265.43 2826.2 325.75 1099.035 874.104

3 210 2 0.25 3539.73 4387.1 632.08 1373.794 1148.863

4 252 2 0.25 5097.21 6284.5 1086.53 1648.553 1423.622

5 126 3 0.25 566.36 895.68 77.43 549.518 324.587

6 168 3 0.25 1006.86 1567.6 180.68 732.69 507.759

7 210 3 0.25 1573.21 2420.52 348.74 915.863 690.932

8 252 3 0.25 2265.43 3452.64 596.93 1099.035 874.104

9 126 4 0.25 318.58 647.89 56.01 412.138 187.207

10 168 4 0.25 566.36 1127.08 129.91 549.518 324.587

11 210 4 0.25 884.93 1732.22 259.57 686.897 461.966

12 252 4 0.25 1274.3 2461.48 425.57 824.277 599.346


En la tabla 20, se observan los resultados de las 12 simulaciones

realizadas para este caso, en el que las condiciones variaron debido a la presencia

de escombros más grandes y por esta razón la densidad del fluido de la mezcla

aumenta su densidad momentáneamente. En este caso se necesita que la

velocidad de arrastre sea mayor, para que pueda levantar los escombros y

llevarlos hasta la herramienta CVJ, si se usan 2 jets la velocidad será la más

adecuada para su extracción, el problema se genera en los requerimientos de la

bomba son muy altos y se necesitaría de la implementación de otra bomba lo

cual genera costos extras. En la figura 50, se observa que los valores encerrados

en el recuadro muestran la elección de 3 jets que cumplen perfectamente con lo

establecido previamente por los fabricantes, no se ha seleccionado 2 jets por el

motivo económico, sin embargo cumple los requerimientos de los jets, y si se

usan 4 jets la baja caída de presión no permitiría remover los escombros del

pozo.

79




En la tabla 21, se observan los resultados generados en las diferentes

simulaciones realizadas, el uso de 3 jets vuelven a ser la solución para éste caso

ya cumplen con los requerimientos de los jets. La figura 51, indica que si se

elige para realización de éste trabajo de limpieza en el pozo Drago 034 con 2 jets

la presión de la bomba sería muy alta y eso implicaría la puesta en

funcionamiento de otra bomba, convirtiéndose en un problema a nivel

económico. Por otro lado, si se usan 4 jets no se alcanzaría el valor básico

establecido para la remoción de escombros de al menos 500 Psi.

0

50

100

150

200

250

300

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800



80



DRRA-034D

# test

q (gpm)

# jets

ɸ jet (in)

ΔP jet (psi)

Ppump (psi)

BHP (hp)

VAnnular (ft/min)

VRetrieval (ft/min)

13 126 2 0.28125 795.54 1124.89 97.24 824.277 599.346

14 168 2 0.28125 1414.29 1975.06 227.65 1099.035 874.104

15 210 2 0.28125 2209.83 3057.2 440.47 1373.794 1148.863

16 252 2 0.28125 3186.16 4369.45 755.44 1648.553 1423.622

17 126 3 0.28125 353.57 682.89 59.03 549.518 324.587

18 168 3 0.28125 628.58 1189.32 137.08 732.69 507.759

19 210 3 0.28125 982.15 1829.46 263.58 915.863 690.932

20 252 3 0.28125 1414.29 2601.5 449.78 1099.035 874.104

21 126 4 0.28125 198.89 528.2 45.66 412.138 187.207

22 168 4 0.28125 353.57 914.29 105.38 549.518 324.587

23 210 4 0.28125 552.46 1399.75 201.67 686.897 461.966

24 252 4 0.28125 795.54 1982.72 342.79 824.277 599.346





0

50

100

150

200

250

300

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800



81



DRRA-034D

# test

q (gpm)

# jets

ɸ jet (in)

ΔP jet (psi)

Ppump (psi)

BHP (hp)

VAnnular (ft/min)

VRetrieval (ft/min)

25 126 2 0.3 614.54 943.89 81.6 824.277 599.346

26 168 2 0.3 1092.51 1653.28 190.56 1099.035 874.104

27 210 2 0.3 1707.04 2554.41 368.03 1373.94 1149.009

28 252 2 0.3 2458.14 3645.43 630.26 1648.553 1423.622

29 126 3 0.3 273.13 602.45 52.08 549.518 324.587

30 168 3 0.3 485.56 1046.3 120.6 732.69 507.759

31 210 3 0.3 758.69 1606 231.39 915.863 690.932

32 252 3 0.3 1092.51 2279.72 394.14 1099.035 874.104

33 126 4 0.3 153.63 482.94 41.75 412.138 187.207

34 168 4 0.3 273.13 833.85 96.11 549.518 324.587

35 210 4 0.3 426.76 1274.05 183.56 686.897 461.966

36 252 4 0.3 614.54 1801.72 311.5 824.277 599.346


La tabla 22, muestra los resultados de las simulaciones realizadas para

jets de 0.30 pulgadas a diferentes caudales de bombeo. Éstos resultados indican

que la mejor opción es usar 3 jets. En la figura 52, se visualiza la diferencia al

usar 3 jets, si se usaran 2 jets los requerimientos de la bomba serían mayores y

si se eligiera utilizar 4 jets la presión necesaria para generar el efecto de succión

no se alcanzaría.

Figura 52. Velocidad anular y la Velocidad de remoción de escombros

a diferentes caudales con diámetro de Jet de 0.30 in.


0

50

100

150

200

250

300

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800



82

5.3 Análisis de resultados

5.3.1 Análisis de resultados obtenidos en el pozo Drago Norte 053

Figura 53. Selección del Número y Diámetro de Jets óptimo


Relacionando cada uno de los resultados obtenidos en las diferentes

simulaciones se establece que: para obtener una limpieza mayor del pozo

DRRD-053 se debe bombear desde superficie un caudal de 210 gpm (5

bbl/min), con 3 jets, diámetro de 0.25 pulgadas y 6 extensiones.

La herramienta Canasta de Vacío con Jets CVJ fue ejecutada con

éxito y se obtuvo la recuperación de arena y escombros como se esperaba

(Anexo1).

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Selección del Diámetro y Número de Jets

2 Jets 3 Jets 4 Jets

83

5.3.2 Análisis de resultados obtenidos en el pozo Drago Norte 034D

Mediante las 36 simulaciones realizadas para es te caso, se determinó

que: se deben usar 3 jets con diámetro de 0.28125, con un caudal bombeado de

252 gpm (6 bbls/min), el mismo que generará valores de presión de la bomba de

2601.5 Psi y una potencia de la bomba de 450 hp, con éstos resultados se

consiguió el objetivo de remover los escombros del fondo del pozo (Anexo2).

Figura 54. Selección del Número y Diámetro de Jets óptimo


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Selección del Número y Diámetro de Jets óptimo

4 Jets 2 Jets 3Jets

84

CAPÍTULO VI

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1 Conclusiones

El software VENTURI BASKET SIMULATOR® ha sido desarrollado

para evaluar el desempeño de la herramienta CVJ, cuando se elige un

determinado diámetro, y número de jets, además de establecer la cantidad de

extensiones que se requieren para mejorar los resultados en los trabajos de

limpieza y pesca en el fondo del pozo. El conocimiento previo de estos

resultados permitirá ahorrar tiempos de operación en los pozos Drago Norte 34,

y Drago Norte 53 ubicados en el campo Shushufindi.

Los principios físicos que rigen el comportamiento de la herramienta

CVJ están relacionados con el efecto Venturi, el cual establece que si un fluido

se desplaza a través de una sección transversal mayor de una tubería, la presión

será mayor y la velocidad del fluido menor, si en algún punto de la tubería su

diámetro disminuye, entonces la presión disminuirá y la velocidad del fluido

aumentará. El principio de efecto en “U” es muy importante estudiarlo debido

a que se deben conocer las presiones hidrostáticas tanto en el anular como en el

tubing, para evitar que estas presiones se igualen, lo que generaría que no se

produzca la succión y la remoción de los escombros no se llevaría a cabo.

Con el conocimiento de los principios de funcionamiento de la

herramienta Canasta de Vacío con Jets, se determinó como más adecuado el

modelo reológico, que describe perfectamente las características de los

diferentes fluidos de control usados en las operaciones de limpieza y pesca,

85

mismo que fue implementado en el software VENTURI BASKET

SIMULATOR®.

A continuación se describen los casos de estudio conjuntamente con los

resultados obtenidos y los parámetros de funcionamiento adecuados que

permiten agilizar el desempeño y optimizar tiempos de trabajo.

Pozo DRRD-053:

Debido a la gran presencia de arena y la poca cantidad de fragmentos

de metal de fresado contenidos en el pozo, cuyos tamaños promedio bordean 1

pulgada, se logró determinar mediante las diferentes simulaciones realizadas

con VENTURI BASKET SIMULATOR®, que es suficiente con inyectar el

fluido de limpieza a un caudal constante de 210 gpm (5 bbl/min) desde

superficie, lo cual va a generar una velocidad en el anular de 915.863 ft/min, este

valor generó así una remoción óptima del 92.8 %. Para este trabajo se utilizó tres

jets con diámetro de 0.25” y seis extensiones de tubería de 4.768” de ID.

Es muy importante destacar que el perfil de presiones juega un papel

fundamental en la elección de los jets, ya que con el conocimiento de sus valores

se puede estimar la presión y la potencia que requiere la bomba para su correcto

desempeño durante el trabajo realizado, la presión de la bomba para este caso

fue de 2402.40 psi, y la potencia requerida de la bomba en superficie fue de

346.13 hp.

86

Pozo DRRA-034D:

Las características de este pozo son muy diferentes con respecto al pozo

Drago 053, debido a la presencia de elementos más pesados, sumado ya al

problema de arenamiento del pozo.

El tamaño de los escombros (cadenas, fragmentos de metal) bordean las

2.4”, es necesario entonces aumentar el caudal y para ello se usó 252 gpm (6

bbls/min) lo que originó una velocidad en el anular de 1099.035 ft/min, esta

velocidad es la necesaria para transportar estos escombros hacia el tubing, la

eficiencia obtenida con 6 extensiones de ID igual a 4.768” fue del 84.6%.

El diámetro de los 3 jets utilizados en este pozo fue de 0.28125”

generando una presión en la bomba de 2601.5 psi y una potencia de la bomba de

449.78 hp.

Finalmente los requisitos computacionales mínimos para la instalación y

funcionamiento del software VENTURI BASKET SIMULATOR® son:

Sistema operativo Windows versión 7 o superior. Cabe mencionar que por

medio de las extensiones máscara ha sido posible utilizar el software en la

plataforma Mac OS.

Memoria RAM de al menos 2GB

Velocidad de 2 GHz

Tarjeta gráfica GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico)

87

6.2 Recomendaciones

Crear una base de datos con los resultados obtenidos en campo, con los

problemas presentados durante la utilización de la herramienta, y compararlos

con los valores obtenidos en las simulaciones previas, de esta manera generar

ecuaciones solución que se adapten a las necesidades y requerimientos de los

pozos en el Ecuador, mejorando de esta manera la utilidad del software.

Implementar la simulación dinámica en el software que permitirá, a

través de la animación, visualizar más detalladamente el comportamiento de la

herramienta CVJ, durante los trabajos de limpieza y pesca de pozo.

Considerar variables adicionales que pueden influir en el proceso como:

temperatura, factor de compresibilidad del agua, tiempo de intervención

aproximado, y que permitirán lograr una mayor precisión en los resultados

obtenidos.

Complementar el software con la programación robótica para controlar

los parámetros en tiempo real desde una computadora en superficie.

Establecer una conexión más fuerte entre las empresas petroleras del país

y la Universidad, y que esta última con sus estudiantes tome la iniciativa de

presentar proyectos, maquetas, e investigaciones que contribuyan con el

desarrollo y mejoramiento de las actividades petroleras, lo cual definitivamente

creará nuevas oportunidades para los jóvenes profesionales.

88

REFERENCIAS

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Edición, 2008.

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URL: https://www. smartdraw.com/flowchart/simbolos-de-diagramas-de-flujo.htm

(25-10-2018).

91

Anexos

Anexo 1

En la figura 55, se puede observar que el pozo DRRD-053 presenta

problemas de arenamiento. Posterior a la simulación se tuvo éxito en la remoción

de arena, aproximadamente el 61.4 % fue removido desde el fondo del pozo.

Estos problemas de arenamiento pueden causar el atrapamiento de

herramientas en los trabajos del BHA de pesca, además de la reducción de la

producción debido a la obstrucción de los espacios porales en las zonas de

producción.

Figura 55. Remoción de arena del pozo DRRD-053


92

La figura 56, muestra también que durante los trabajos de limpieza y

pesca con la herramienta Canasta de Vacío con Jets CVJ, se pudo extraer restos

de metales, limalla de la tubería, ésto se debe probablemente a que en anteriores

trabajos hechos en dicho pozo se utilizó alguna herramienta de fresado.

Cabe mencionar que la recuperación hubiera sido mayor al usar dos

extensiones más con respecto a las cuatro que se bajaron para realizar el trabajo

de limpieza.

Figura 56. Recuperación de Metales y escombros, pozo DRRD-053


93

Anexo 2

La figura 57, indica que durante el procedimiento de limpieza del pozo

DRRA- 34D, se pudo recuperar alrededor del 10% de los escombros del fondo

del pozo en primera instancia, ésto se debió a que el tamaño de los

conglomerados de arena que se pueden apreciar superó las 4. 5 pulgadas de

diámetro, motivo por el cual se extrajo la herramienta y se bajó un BHA para

moler estos escombros y hacerlos más pequeños.

Figura 57. Remoción de metales, cadenas pozo DRRA-034D


94

La figura 58, muestra que al realizarse las operaciones de trituración o

molienda de los conglomerados de arena se logró disminuir el diámetro de éstos

y posteriormente se efectuó la remoción de escombros que incluyeron: pedazos

de cadena, trozos de tuberías, y también arena del fondo del pozo.

Figura 58. Remoción de metales, cadenas pozo DRRA-034D


95

Anexo 3

Figura 59. Diagrama de clases del software VENTURI BASKET

SIMULATOR®


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