Determinación del caudal mínimo de bombeo para inducir turbulencia en un pozo petrolero a través de un protector de árbol de producción.

Abstract

Para alcanzar la producción óptima de un pozo petrolero, se requieren tres tecnologías fundamentales. La primera es el fracturamiento hidráulico, que implica la inyección de fluidos a alta presión. La segunda es el protector de árbol de producción, una herramienta que aísla el árbol de producción de las elevadas presiones. La tercera son los empacadores de producción, dispositivos que delimitan las zonas con presencia de petróleo de las que no. En este estudio, se llevó a cabo un análisis para determinar el caudal mínimo requerido desde la superficie para generar un flujo turbulento en el pozo a través del protector de árbol de producción, utilizando una bomba para fracturamiento hidráulico capaz de alcanzar grandes caudales. La activación del empacador se realiza mediante el lanzamiento de una canica a través de la tubería de producción del pozo impulsada por el caudal o por gravedad, hasta su asiento designado. Una vez allí, la presión ejercida sobre la canica abre el empacador de producción. Sin embargo, el asiento del empacador nunca se encuentra completamente libre de obstrucciones debido a la decantación natural de materiales dentro del pozo, tanto propios como ajenos y por esto el flujo turbulento es esencial para la limpieza en el fondo del pozo y así poder activar el empacador de producción sin ningún tipo de inconveniente producido por suciedad. Se seleccionaron ocho configuraciones de pozos compatibles con el protector de árbol de producción elegido. Para estas configuraciones, se emplearon dos tipos de bridas: una de 3 1/16” con presión nominal de 10,000 Psi y otra de 3 1/8” con presión nominal de 5,000 Psi. Asimismo, se consideró una única dimensión de tubería de producción con un diámetro exterior de 3 1/2” y sus cuatro pesos más comunes en la industria: 7.7 lb/ft, 9.2 lb/ft, 10.2 lb/ft y 12.7 lb/ft. Estas configuraciones se analizaron en función de las presiones máximas permisibles, los caudales de bombeo esperados, la velocidad del fluido dentro del pozo y el número de Reynolds resultante de estas variables en el sistema. El estudio reveló que un caudal mínimo de bombeo desde la superficie de 25 BPM era necesario para generar un flujo turbulento en el pozo para todas las ocho configuraciones seleccionadas. Este flujo turbulento fue crucial para lograr la limpieza del pozo mediante la decantación de sólidos. A valores de caudal inferiores de 25 BPM, el número de Reynolds no alcanzó ni superó 4,000, lo que indicó que los caudales por debajo de este valor no eran adecuados para el propósito del estudio. Por el contrario, los caudales superiores a 25 BPM cumplieron con el requisito del número de Reynolds. Sin embargo, se tuvo en cuenta que a mayores caudales se generaron mayores presiones en el pozo. En una industria con riesgos inherentes, se buscó establecer condiciones mínimas que garantizasen la seguridad tanto del personal como del pozo. Finalmente, esta investigación permitió encontrar una propuesta para reducir los tiempos de activación de los empacadores de producción en los pozos, ofreciendo así una solución parcial a un problema frecuente en la industria petrolera. (LA)