MPES Control de brotes

1..Cómo se calcula la máxima presión esperada en superficie (MPES) en pozos petroleros?

La Máxima Presión Esperada en Superficie (MPES) es un parámetro crítico en la perforación de pozos petroleros, ya que define la presión máxima que podría enfrentar el equipo superficial (como preventores de reventones, líneas de estrangulación, etc.) durante un control de pozos (well control). Su cálculo depende de varios factores, como la presión de formación, la geometría del pozo y el fluido de control utilizado.

Fórmula para Calcular la MPES

La MPES se calcula considerando un escenario de influx (entrada de fluido no deseado, como gas) y su expansión al ser circulado hacia la superficie.

La fórmula general es:

MPES = Gradiente de fractura en el zapato × Profundidad del zapato − (Presión hidrostática del lodo dentro del pozo + Presión del influjo)

Sin embargo, en la práctica, se usa una versión simplificada:

MPES = Presión de fondo − (Presión hidrostática del lodo + Margen de seguridad)

Donde:

• Presión de fondo: Presión de la formación (puede estimarse con el gradiente de presión del yacimiento).
• Presión hidrostática del lodo: ρlodo × Profundidad × 0.052 (en unidades imperiales, con ρ en ppg y profundidad en pies).
• Margen de seguridad: Generalmente un 10-15% para evitar sobrepresiones.

Pasos Detallados para el Cálculo

1. Determinar la presión de fondo (Pwf):

• Si se conoce el gradiente de presión de la formación (GPformación​):

Pfondo = GPformación × Profundidad del pozo (TVD)

• Ejemplo: Si GPformación=0.65 psi/pie y TVD = 10,000 pies:

Pfondo = 0.65 × 10,000 = 6,500 psi

1. Calcular la presión hidrostática del lodo (Ph):

• Ph = ρlodo × TVD × 0.052
• Ejemplo: Si ρlodo = 12 ppg:

Ph = 12 × 10,000 × 0.052 = 6,240 psi

1. Añadir un margen de seguridad (ej. 10%):

• Margen = 0.10 × Pfondo = 650 psi

1. Calcular la MPES:

• MPES = Pfondo − (Ph + Margen)
• MPES=6,500 − (6,240 + 650) = − 390 psi (un valor negativo indica que no hay riesgo de sobrepresión en este caso, pero se usa el valor absoluto para diseño).

Consideraciones Clave

• Fluido de invasión (influx): Si hay gas, su expansión al subir aumenta la presión en superficie.
• Zapato del revestimiento: La MPES no debe superar la presión de fractura en el zapato.
• Métodos alternativos: En algunos casos se usa simulación dinámica con software como WellCat o OLGA para modelar escenarios complejos.

Ejemplo Práctico

• Datos:

• Profundidad (TVD): 12,000 pies.
• Gradiente de formación: 0.70 psi/pie.
• Densidad del lodo: 13.5 ppg.
• Margen: 10%.

• Cálculos:

1. Pfondo = 0.70 × 12,000 = 8,400 psi.
2. Ph = 13.5 × 12,000 × 0.052 = 8,424 psi.
3. MPES = 8,400 − 8,424 = −24 psi (sin margen).
4. Con margen del 10% (840 psi):

MPES = 8,400 − (8,424 + 840) = − 864 psi.

Interpretación: En este caso, la presión hidrostática del lodo supera la presión de formación, por lo que la MPES sería teóricamente negativa (indicando que no hay riesgo). Sin embargo, en un escenario real con influx, se debe considerar la presión adicional del gas.

Conclusión

La MPES es un valor dinámico que depende del balance entre la presión de formación, la columna de lodo y los fluidos invasores. Su cálculo preciso es vital para diseñar equipos superficiales y protocolos de seguridad. En operaciones reales, se ajusta con mediciones de pruebas de goteo (leak-off test) y monitoreo continuo durante el control de pozos.

2.. Dame un ejemplo detallado con números y más aspectos técnicos

Vamos a profundizar en un ejemplo detallado del cálculo de la Máxima Presión Esperada en Superficie (MPES) en un pozo petrolero, incluyendo aspectos técnicos clave como el efecto del gas, el gradiente de fractura y consideraciones operativas.

Ejemplo Técnico: Cálculo de MPES con Influx de Gas

Datos del Pozo

• Profundidad vertical (TVD): 10,000 pies
• Gradiente de presión de formación (GP): 0.65 psi/pie
• Densidad del lodo (ρ): 12.5 ppg
• Gradiente del influjo (gas): 0.15 psi/pie (típico para gas)
• Volumen de influjo (kick): 20 bbl (detectado en el anular)
• Diámetro del hoyo (Dh): 8.5 pulg
• Diámetro de la tubería (Dp): 5 pulg
• Presión de cierre en el anular (PCA): 800 psi (medida tras cierre por kick)
• Gradiente de fractura en zapato (GF): 0.78 psi/pie (a 7,000 pies TVD)

Paso 1: Calcular la Presión de Fondo (Pwf)

La presión de fondo se estima con el gradiente de formación:

Pfondo = GP × TVD = 0.65 psi/pie × 10,000 pies = 6,500 psi

Paso 2: Calcular la Presión Hidrostática del Lodo (Ph)

Ph = ρ × TVD × 0.052 = 12.5 ppg × 10,000 pies × 0.052 = 6,500 psi

Observación: En este caso, Pfondo = Ph, lo que indica equilibrio. Pero al haber un influx, la presión en superficie aumenta.

Paso 3: Determinar la Altura del Influjo (h)

El influjo ocupa un volumen en el espacio anular:

Capacidad anular = π (Dh2−Dp2) / 1029.4 = π (8.52−52) / 1029.4 = 0.0459 bbl/pie

H = (Volumen del influjo / Capacidad anular) = (20 bbl / 0.0459 bbl/pie) = 436 pies

Paso 4: Calcular la Presión del Influjo (Pinflujo)

El gas tiene un gradiente de 0.15 psi/pie:

Pinflujo = Gradiente del gas × h = 0.15 psi/pie × 436 pies = 65.4 psi

Paso 5: Calcular la MPES

La presión en superficie durante un cierre por kick se estima como:

MPES = Pfondo − (Ph − Pinflujo) + PCA

Donde:

• PCA=800 psi (presión de cierre en el anular)
• Ph=6,500 psi
• Pinflujo=65.4 psi

MPES = 6,500 − (6,500 − 65.4) + 800 = 6,500 −6,434.6 + 800 = 865.4 psi = 865.4 psi

Pero este valor puede aumentar si el gas migra y se expande.

Paso 6: Verificar contra el Gradiente de Fractura en el Zapato

El zapato está a 7,000 pies con GF=0.78 psi/pie.

La máxima presión permitida en superficie (sin fracturar el zapato) es:

Pmax = GF × Profundidad del zapato − Ph (al zapato)

Ph (zapato) = 12.5 × 7,000 × 0.052 = 4,550 psi

Pmax = 0.78 × 7,000 − 4,550 = 5,460 − 4,550 = 910 psi

Conclusión:

• MPES calculada = 865 psi
• Límite por fractura = 910 psi

→ El diseño es seguro (865 psi < 910 psi).

Consideraciones Técnicas Adicionales

1. Expansión del gas al subir:

• Si el gas llega a superficie, su presión puede aumentar. Se usa la Ley de Boyle-Mariotte para modelar esto.
• Ejemplo: Si el gas sube a 5,000 pies, su presión podría duplicarse.

1. Uso de métodos dinámicos (Software):

• Herramientas como WellCat o OLGA simulan el comportamiento del gas durante el control.

1. Margen de seguridad adicional:

• Algunas operaciones aplican un 15-20% extra sobre la MPES calculada.

1. Prueba de fuga (Leak-Off Test, LOT):

• Se realiza para validar el gradiente de fractura real del zapato.

Conclusión Final

La MPES en este ejemplo es 865 psi, pero debe monitorearse continuamente durante el control del pozo para evitar exceder la presión de fractura del zapato (910 psi). El cálculo considera el peor escenario (influx de gas) y es fundamental para diseñar los equipos de prevención de reventones (BOP).

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