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Hola amigos y amantes del contenido stem.
En esta oportunidad voy a compartir con todos ustedes las razones por las cuales es de vital importancia el poder calcular el caudal volumétrico de salida de la bomba de lodo y la forma en cómo podemos calcular este valor.
Como es bien sabido, la perforación de un pozo de petróleo se hace con la técnica de perforación rotatoria, la cual utiliza un fluido de perforación que es bombeado por las bombas de lodo y que cumple con algunas funciones en la difícil tarea de perforar y profundizar en el pozo, entre las funciones más destacables está la de transportar los recortes generados por la mecha de perforación desde el fondo del pozo hasta la superficie, generar un revoque liso y permeable en las paredes del pozo, enfriar y lubricar la mecha de perforación de la fricción.
Para poder cumplir con muchas de las funciones que el fluido de perforación debe tener, debe contar con algunas propiedades producto de su misma elaboración y de los aditivos con los que es preparado, pero también debe cumplir con otras condiciones que no dependen de las propiedades físicas y químicas de su preparación, si no de algunas propiedades físicas producto de su circulación, ya que para que pueda cumplir con el ciclo de circulación, debe ser bombeado por las bombas de lodo con cierta presión y caudal de flujo.
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El requerimiento de los valores de caudal de flujo lo van a demandar muchos factores, sin embargo el más predominante es el de las condiciones del pozo, por ejemplo si el pozo que se está perforando va a ser perforado en el primer tramo que abarca desde la superficie hasta los primeros 1000 pies de profundidad es recomendable que se haga con un caudal de flujo bajo, en el que quizás no se supere los valores de 250 galones por minuto (GPM), ya que si la perforación se hace con un caudal elevado se puede socavar la formación geológica a ducha profundidad porque en los primeros pies de profundidad perforan formaciones litológicas poco consolidadas y/ o blandas.
Una de las principales causas de importancia de poder calcular el caudal volumétrico de la bomba de lodo es que vamos a poder estimar los valores de diámetro de la camisa del pistón de la bomba de lodo, lo otro a tomar en cuenta es que estas bombas casi siempre no tienen los índices de eficiencia del 100%, lo que conlleva a poder estimar si con las eficiencia presente puede dar los valores de caudal en galones por minuto.
Ejemplo del cálculo de caudal de flujo volumétrico de una bomba triplex
Supongamos que tenemos en funcionamiento una bomba triplex, y estamos perforando con una bomba de lodo que tiene un diámetro de la camisa de 7 pulgadas y 12 pulgadas la longitud de la embolada, la bomba queremos que bombee fluido a 80 emboladas por minuto, sabiendo que la bomba funciona a un 85% de su capacidad.
Para calcular el caudal de flujo se utiliza la siguiente ecuación:
Si introducimos en la ecuación los valores del diámetro de la camisa, longitud del vástago de la camisa y las emboladas por minuto, estaríamos calculando el caudal de salida de la bomba en galones por minuto (GPM) al 100% de su capacidad:
El valor de 479,8 galones por minuto solo es valido para cuando la bomba esta operando al 100% de eficiencia, sin embargo en el ejercicio propuesto se nos dice que la bomba tiene una eficiencia del 80%, lo que significa que el valor de caudal calculado hay que multiplicarlo por 0,85 y nos da:
La conclusión es que dependiendo de nuestros requerimientos y demandas, podemos ajustar el valor de caudal de salida de la bomba de lodo, por ejemplo si queremos bajar el valor del caudal de la bomba de 407,8 galones por minuto (GPM) debemos bajar los valores de emboladas por minuto (EPM), las emboladas por minuto las puede manipular el perforado desde la cabina del perforador.
Si lo que queremos es aumentar es las emboladas por minuto para aumentar el caudal de salida de flujo, debemos saber que esto se puede hacer para una bomba triplex hasta un máximo de 120 emboladas, sin embargo no se recomienda operacionalmente poner una bomba de loda para operar a tope de su capacidad máxima de emboladas por minuto, ya que se va a dañar más rápido.
Lo otro que se puede hacer para superar el valor de 407,8 GPM en caso de requerir es cambiando a una bomba de lodo que tenga el diámetro de la camisa mayor a 7 pulgadas y una longitud del vástago mayor a 12 pulgadas.
Lógicamente para los requerimientos del pozo siempre va a existir un caudal mínimo que las actividades de perforación pueden admitir para poder mantener el agujero limpio de recortes de perforación en el fondo del pozo, y va a existir un valor de caudal máximo que va a tolerar la formación para ser socavada y que se pueda derrumbar, para ello el valor de caudal óptimo estaría entre estos dos valores.
Referencias consultadas y recomendadas
Cálculo del caudal en bombas triplex
- Manual de control de pozos (Well Control School). Harvey Louisiana. Año 2003.
Nota: Las imágenes empleadas sobre ecuaciones y ejercicios para el cálculo de caudal de bomba fueron elaborados por mi persona utilizando las herramientas de diseño de inserción de ecuaciones de Micrososft Word.