D I P L O M A D O
“ACTUALIZACIÓN EN INGENIERÍA PETROLERA”
I N TRODUCC TRODU CCII ÓN A L A PERF OR ORACI ACI ÓN CONVEN CI ONAL Y NO CO CONVEN CI ONAL
Desarrollado por:
M. en C. David Velázquez Cruz
JULIO
DEL 2010
I N TRODUCC TRODU CCII ÓN La perforación La perforación
de pozos es pozos es el proceso de construir un pozo con la finalidad de alcanzar el yacimiento de petróleo.
Para
construir un pozo, se requiere de la integración de principios de ingeniería, filosofías personales o corporativas, corporativas, experiencia e información relacionada con el pozo a perforar. perforar.
I N TRODUCC TRODU CCII ÓN La perforación La perforación
de pozos es pozos es el proceso de construir un pozo con la finalidad de alcanzar el yacimiento de petróleo.
Para
construir un pozo, se requiere de la integración de principios de ingeniería, filosofías personales o corporativas, corporativas, experiencia e información relacionada con el pozo a perforar. perforar.
¿QU ¿ QU E E S PERF PE RF OR ORA A CI ÓN D E POZ OS? La
oper operac ació ión n de perf perfor orac ació ión n pued puedee ser ser defin definid idaa como como el proc proces eso o de “HACER UN AGUJERO”, es es decir ecir,, un pozo cuyo cuyo obje objeti tivo vo es alca alcan nzar zar el yaci yacim mien iento (roc (rocaa almacenadora) y conducir los hidrocarburos a la superficie.
Así
de simple como parece la definición, la operación de hacer un agujero es una tarea basta astant ntee com compleja leja,, delic elica ada y cost costo osa, sa, por lo que debe ser planeada y ejecutada de tal manera que se efect ectúe en una for forma segura y eficie icien nte, para que finalmente se obtenga un pozo al mínimo costo y que permita permita conducir los hidrocarburos a la superficie. superficie.
ORGANI ZACI ÓN DE PERF ORACI ÓN
L A PERF ORACI ÓN Y OTRAS DI SCI PLI NA S
D I P L O M A D O
“ACTUALIZACIÓN EN INGENIERÍA PETROLERA”
TE CNOL OGÍAS DE PERF ORACI ÓN DE POZOS
I NTRODUCCI ÓN Durante
mucho tiempo, la Industria Petrolera consideró a la Perforación de Pozos como un “arte” o labor artesanal y no como una ingeniería. En los inicios de la perforación esto era justificable debido a que se dependía en gran medida de la experiencia y la capacidad de los perforadores, de su habilidad y conocimiento de las herramientas, y destreza para emplearlas, así como d e sus vivencias.
A
partir de los 40’s se inicia la aplicación de la Ciencia a la Perforación de Pozos, se crean nuevos desarrollos, se invierte y dedica personal a la investigación, y se modernizan los equipos. Para alcanzar cierto nivel de desarrollo, se requirió de la conjunción de varias ramas de la ingeniería como son la mecánica, civil, electrónica, la química entre otras., las cuales al conjugarse dentro de la Industria Petrolera dieron origen a una Tecnología de Perfor ación de Pozos .
DE SARROL ARROL L O DE L A PERF OR ORACI ACI ÓN ROTATORIA Las
primer primeras as patent patentes es relacio relacionad nadas as con métod métodos os de perfo perforac ración ión rotato rotatoria ria fueron fueron publicadas por Robert Beart en Inglaterra en 1844. El sistema de circulación descrito en la patente de Beart, involucra el uso de agua la cual era inyectada por el espacio anular y regresaba por el interior de una tubería hueca con todo y recortes.
El
uso de agua para remover los recortes del agujero ero de manera era continu inua fue publicado por Fauvelle, un ingeniero Francés en 1845. Sin embargo, Fauvelle bombeo agua a través de tubería hueca pero utilizando el método de percusión. percusión.
El
desarrollo de la perforación rotatoria puede ser dividido en cinco periodos (Chilingarian, 1981).
PERI ODO D E ORI GEN (1 (18 888-19 8-1928) Máquina Equipo
de vapor, energía más utilizada.
rudimentario, torres de madera.
Principio
de la perforación (Spindletop, 1901, >80,000 bpd).
rotatoria
Primeras
barrenas de conos (dos conos, Sharp & Hughes, 1908).
Primeras
bombas de lodos (1910, movidas con vapor, 250 gpm).
Fluidos Fluidos
de perforació perforación n (Arcilla-A (Arcilla-Agua-Ba gua-Barita, rita,
1920).
Inicio
del uso de tubos revestidores y prácticas de cementación cementación (Halliburton 1904).
En
México se perforó el pozo La Pez No.1 (1904, 1500 bpd).
PERI ODO DE D ESARROL ESARROL L O (1 (192 928-1 8-194 948) 8) Se
inic inicia ian n las las prue prueba bass a los los flui fluido doss de perforación (densidad, viscosidad, pérdida de agua, 1930-1935) 1930-1935)
Empieza ieza Emp
el conc concep epto to de tob toberas eras par para incr increm emen entar tar la pene penetr trac ació ión n (bar (barre rena na de arrastre, 1930)
troducció cción n Intro
de barrenas (Hughes Tool Co., 1935)
tricónicas
Se
inicia a usar bentonita como medio de suspensión de la barita (Harth, 1935)
Inicia
el estudio de la tuberías revestimiento (Holmquist, 1939)
Prácti tica cass Prác
de
de cem cementa entaci ció ón mejor ejorad adas as (tiempo de fraguado, Farris, 1946).
PERI ODO CI EN TÍF I CO (1948-1968) Investigación
sobre las variables que afectan la perforación (Moore, 1958).
Introducción
de la hidráulica de la perforación (Diseño de toberas, Eckel, 1951. Caídas de presión, Dodge, 19571963. HHPb, Fb, Vn, Goins, 1960)
Mejoramiento
en la barrenas (insertos de carburo de tungsteno, baleros sellados, chumaceras)
Inicio
del uso de la computadora en la perforación (Programas de computación, Schuh, 1964)
Se
inicia el estudio de la predicción de geopresiones (Exponente “d”, Jorden, 1966. Hottman, estimación de la presión de formación,1965)
PERI ODO AU TOM ATI ZACI ÓN (1968-1985) Se
introduce el concepto de Planeación de la perforación
Se
introduce el motor de fondo.
Utilización
del MWD
Automatización
del equipo y manejo del fluido de perforación
Control
de las variables de perforación (psb, rpm, rop)
En
los fluidos se incorporan los polímeros, nuevos productos químicos, aditivos, etc.
Se
aplica la tecnología por computadora.
PERI ODO PERF ORACI ÓN N O CONV EN CI ONAL (1985-ACTUAL) Tecnologías
para Perforación:
Horizontal
Multilateral
Alcance extendido
Diámetro Reducido
Aguas profundas
Bajo Balance
Toma
y Procesamiento de Información a Tiempo Real. LWD, PWD, SWD
Robótica Perforación
Láser
Equipos Ergonómicos
¿EN QU E DI RECCI ON ?
NATURALMENTE
FRACTURADOS AGUAS
PROFUNDAS
ARCILLOSOS
OBJETIVO PERF ORACI ÓN COSTO-EFECTIVA
TECNOLOGÍA NO CONVENCIONAL (Horizontal, Bajo Balance, Multilateral, etc)
GAS
ALTA PRESIÓN TEMPERATURA
Y
ULTRAPROFUNDOS ALTO
CONTENIDO DE H2S Y CO2
DEPRESIONADOS
¿CU AL ES EL I NTERES DE L A I NDUSTRI A?
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“ACTUALIZACIÓN EN INGENIERÍA PETROLERA”
TE CNOL OGÍAS DE PERF ORACI ÓN DE POZOS
PERF ORACI ÓN CONV EN CI ONAL La
perforación convencional de pozos es aquella que se realiza sobrebalance, con geometrías estandarizadas y tecnologías maduras.
Los
pozos que se construyen pueden ser verticales o direccionales. Sin embargo, también puede ser aplicada en intervalos específicos.
Cuando
el conocimiento del área a permitido establecer una plataforma tecnológica optimizada, las prácticas de ingeniería y de operación deben realizarse de manera extensiva y rutinaria.
PERF ORACI ÓN CONVEN CI ONAL (cont..) El
record de profundidad lo tiene el pozo Kola SG-3 perforado en Rusia de 1970 a 1989 a una profundidad de 12,262 m.Su objetivo fue la investigación científica de la corteza terrestre.
Aun
se tienen problemas técnicos como:
Estabilidad de agujero.
Capacidad de acarreo.
Pérdidas de circulación.
Calidad de los fluidos de control.
PERF ORACI ÓN DI RECCI ONAL La
perforación direccional ha sido descrita como: “El arte y ciencia involucrada en la desviación de un agujero dentro de una dirección específica para alcanzar un objetivo predeterminado en el subsuelo”.
El
primer registro de un pozo deliberadamente desviado para alcanzar su objetivo fue en Huntington Beach, California, a principios de 1930.
En
esta ocasión, se colocó un equipo en tierra y perforar un pozo desviado para atravesar el lecho marino y alcanzar el objetivo. Esto fue el inicio de la perforación direccional como se conoce en nuestros días.
PERF ORACI ÓN H ORI ZONTA L Un
pozo horizontal se define como un pozo perforado desde la superficie, el cual se va desviando desde la vertical hasta alcanzar una desviación de mas de 75 ° y penetrar al yacimiento con una sección completamente horizontal (90°).
Las
primeras patentes para perforar laterales horizontales datan desde 1920, sin embargo las herramientas y dispositivos eran demasiado complicados y nunca fueron completamente desarrollados.
En
los 40’s y 50’s se utilizaron herramientas para perforar pozos horizontales de radio corto, sin embargo, con el desarrollo del fracturamiento hidráulico, esta actividad desapareció.
El
interés de la perforación horizontal resurgió en los 70’s, debido a las expectativas de lograr mayores índices de productividad, inyectividad y eficiencia de barr ido.
PERFORACIÓN HORIZONTAL (cont…) Los
pozos horizontales tienen la ventaja de multiplicar la producción de 3 a 10 veces, respecto a un pozo vertical, y esto se debe a que exponen mucha mayor área del yacimiento hacia el pozo. Las principales ventajas de perforar un pozo horizontal son: Explotar áreas no drenadas del yacimiento.
Reducir la conificación de agua y gas.
Incrementar la recuperación de hidrocarburos a lo largo de la vida del yacimiento.
Reducir el número de pozos para explotar el yacimiento.
En
México se han perforado pozos horizontales en los campos: Agua Fria, Cantarell, Abkatun, etc.
PERFORACI ÓN M UL TI L ATERAL Y RAMIFICADA Un
pozo multilateral es aquel que tiene dos o más laterales perforados a partir de un pozo común o principal. Estos laterales pueden ser horizontales o desviados.
Los
pozos ramificados son aquellos que se derivan a partir de un lateral, y pueden ser verticales, horizontales, desviados o una combinación.
El
primer pozo de este tipo se perforo en Rusia, sin embargo, no se documento hasta finales de los 80’s.
Los
pozos multilaterales pueden ser utilizados como una estrategia para pozos nuevos, así como para pozos ya existentes en yacimientos de aceite y gas.
PERF ORACI ÓN DE A L CANCE EXTEND I DO Los
pozos de alcance extendido son aquellos que tienen una relación desplazamiento horizontal / profundidad vertical verdadera (DH / PVV) mayor a 2.
Aunque
debido a los avances tecnológicos actuales, se perforan con mayor frecuencia pozos con relaciones mayores a 3.5. Esto no limita el tipo de trayectoria que puedan tener, es posible planearlos tanto como pozos direccionales o como horizontales, dependiendo de las condiciones geológicas y de la infraestructura en la superficie.
La
perforación de Alcance Extendido se puede usar para alcanzar un blanco localizado debajo de un área de entorno sensible y puede ofrecer la manera más económica de desarrollar campos cercanos a la costa, lugares urbanos y zonas ecológicas protegidas.
PERF ORACI ÓN D E AL CANCE EXTEN DI DO (cont..) Las
principales ventajas de utilizar esta tecnología son:
Radios de drene extendidos, maximizando la recuperación.
Incremento en los flujos de aceite y en la recuperación final de un campo.
Reducción en el número de plataformas y pozos requeridos
Desarrollo de yacimientos someros costafuera desde una localización terrestre, sin una plataforma marina y por consiguiente, reduciendo considerablemente los costos y el impacto al medio ambiente.
PERFORACI ÓN D E POZOS BAJO BAL AN CE La
búsqueda de nuevas tecnologías y el mejoramiento de etapas para la optimización de pozos petroleros, ha generado una técnica que maneja un principio radicalmente opuesto al de perforación convencional. . La perforación de pozos se puede clasificar de acuerdo a la diferencia de presión que existe entre la presión ejercida por los fluidos de perforación y la presión de poro. Esta diferencia de presiones, es conocida como presión diferencial y puede ser positiva (condición sobre balance o convencional ), igual a cero (condición en balance), o negativa (condición bajo balance).
La
perforación bajo balance es “Toda aquella operación de perforación en la que se presenta la afluencia de fluidos de la formación hacia el pozo, mientras se circula y se mantiene controlada la presión en superficie”.
PERFORACI ÓN D E POZOS BAJO BAL AN CE
(cont…)
El
surgimiento de esta técnica en la década de los 50’s, se puede atribuir a la utilización del aire como fluido de perforación, sin embargo, se tienen registros de pozos perforados con gas natural o con lodos gasificados desde 1934 hasta 1938, en donde el objetivo de utilizar estos fluidos era el evitar las pérdidas de circulación.
La
primera aplicación de la perforación bajo balance como tal, ocurrió en la formación Austin Chalk, de los Estados Unidos de América, en 1988.
Desde
1990, han sido numerosos los esfuerzos para extender y aplicar esta tecnología en Canadá, siendo este uno de los países que mayores aportaciones han hecho en su estudio y aplicación. En México inicio su aplicación en 1995, en campos de la División Sur.
PERF ORACI ÓN DE POZOS EN AGU AS PROFUNDAS Según
el MMS (Mineral Management Services) de Estados Unidos:
Aguas Profundas > 300 m
Aguas Ultra Profundas > 1500 m
El
record de perforación: tirante de agua de 3,050 m, Pozo Toledo#1 perforado por el barco Discoverer Deep Seas de la Compañía TransOcean.
El
record de profundidad alcanzada en aguas profundas es de 10,411 m de profundidad vertical en un tirante de agua de 1000 m, pozo Knotty Head.
EQUI POS PARA PERF ORAR Y PRODU CI R EN AGUAS PROF UN DAS Los
equipos marinos se dividen en aquellos que son exclusivamente para perforar, para perforar-producir y aquellos cuyo propósito es solo producir.
Perforación Semi-sumergible Barco
Sistemas de Perforación-Producción Plataformas
Acero Torres Flexibles (compliant tower)
Sistemas
Fijas
Flotantes
TLP (Piernas Tensionadas) Spar
Sistemas de Producción Mini
TLP
FPS (Floating Production System)
FSO (Floating Storage and Offloading)
FPSO (Floating Production Storage and Offloading)
PERF ORACI ÓN D E POZOS DE DI ÁM ETRO REDUCIDO Un
pozo de diámetro reducido se define como “ a quellos pozos con un agujero de 4 3/4 pg o menor, existen otras definiciones que definen el termino “pozos de ultra diámetro reducido” para quellos pozos perforados con diámetros menores a 3 pg.
El
interés en la perforación de pozos de diámetro reducido a fluctuado. Las publicaciones sugieren que el interés se ha dado en los 40’s, mediados de los 50’s y principios de los 60’s, mediados de los 80’s y hasta la actualidad.
Los
avances en la tecnología de perforación de pozos de diámetro reducido ha permitido a las compañías petroleras reducir costos en la perforación y terminación de los pozos de hasta un 75%.
PERF ORACI ÓN CON TUBERÍA F L EXI BL E La
perforación con tubería flexible utiliza una columna continua de tubería flexible para perforar. A diferencia de la tubería de perforación, la cual debe ser roscada para formar la sarta de perforación, la tubería flexible viene en un carrete que se de senrolla a medida que la perforación progresa, y es enrollada en su carrete durante los viajes.
El empleo de tubería flexible facilita considerablemente el descenso y la recuperación de la sarta de perforación.
Actualmente,
el empleo de la tubería flexible abarca distintas operaciones y servicios, entre los cuáles se incluyen:
Perforación de pozo.
Limpieza de pozos y operaciones de estimulación.
Cementaciones, colocación de tapones y taponamientos de abandono
Operaciones de pesca.
Servicios de herramientas transportadas con tubería flexible.
PERF ORACI ÓN CON TUBERÍA F L EXI BL E (cont..) Los
equipos y técnicas con tubería flexible presentan numerosa ventajas con respecto a las unidades de perforación convencionales. Entre las principales ventajas se encuentran:
Tiempos de viaje reducidos
Bajo costo de movilización
La
Se pueden realizar operaciones con el pozo fluyendo.
utilización de la tubería flexible es una alternativa para intervenir yacimientos marginales, pozos de difícil acceso e intervenciones someras con mayor rapidez .
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PLAN EACI ÓN D E L A PERF ORACI ÓN
I NTRODUCCI ÓN La
industria de perforación de pozos ha cambiado desde que se perforó el primer pozo con tecnología rotatoria en Spindletop, Texas en 1901. Las fuerzas que conducen a la innovación y mejora en las tecnologías son:
Las Económicas. La “Hostilidad” del sitio a perforar. Las Regulaciones Gubernamentales.
En
las figuras se muestra un campo en aguas profundas y un derrame de petróleo. La “hostilidad” o dificultad para el desarrollo del campo o sitio a perforar y las regulaciones ambientales, hacen que se incrementen los costos debido al tiempo y tecnología utilizada. Esto es lo que impulsa la innovación y las mejoras.
PREM I SAS DE L A PERF ORACI ÓN DE POZOS En
la perforación de pozos existen dos puntos clave que permiten perforar un pozo de manera eficiente y costeable, por lo que la planeación debería ser enfocada a esos puntos:
Maximizar
la penetración, lo que está
relacionado con:
La óptima selección de la barrena y la sarta de perforación;
La optimización perforación;
Una adecuada planeación y diseño de la perforación y;
Una buena supervisión y ejecución de las operaciones.
de
los
parámetros
de
Evitar
y resolver los problemas inherentes a la perforación.
Ejecutar el trabajo adecuadamente (bajo un plan);
Evitar las operaciones no planeadas (aunque ahorren trabajo), ya que generalmente conducen a problemas innecesarios.
RETOS I NH EREN TES DE L A PERFORACI ÓN El
maximizar la velocidad de penetración trae como consecuencia retos inherentes, que si no se consideran en la planeación y el diseño del pozo, conllevan a un incremento en el tiempo y costo de la perforación.
En
figura de arriba se muestra una gráfica de tiempo contra profundidad en la que se puede apreciar el incremento en el tiempo debido a problemas durante la perforación.
La
figura de abajo esquematiza un problema de limpieza de agujero ocasionado por maximizar la penetración, sin considerar la capacidad del fluido de perforación para transportar los recortes de roca, lo que ocasionará un problema en el pozo y con el consecuente consumo de tiempo para resolverlo.
¿QU E NECESI TA L A PERF ORACI ÓN EXI TOSA? El éxito de
la perforación de un pozo esta determinado por:
El
“esfuerzo ” empleado para producir el mejor plan posible para construir el pozo.
La
“supervisión ” de las operaciones de perforación.
PLAN EACI ÓN DE L A PERF ORACI ÓN La
planeación de la perforación es el concepto de crear el diseño del pozo, el programa
de operación y el programa de supervisión, previo al inicio de las actividades directas en la generación del pozo.
OBJETI VO DE L A PL ANE ACI ÓN El
objetivo de la planeación es la de formular un programa para perforar un pozo, el cual
tenga las siguientes características:
Que sea Seguro
Que sea Económico (Costo Mínimo)
Que sea Utilizable.
La
Seguridad , debería ser la prioridad más alta en la planeación de pozo. Las consideraciones del personal deben ser consideradas más importantes a otros aspectos del plan, ya que si no es así, se podría tener como resultado la pérdida de vidas. La segunda prioridad involucra la seguridad del equipo y el pozo. La planeación debe ser diseñada para minimizar el riesgo de reventones y otros factores que podrían causar problemas.
Minimizar
el Costo es un objetivo valido dentro del proceso de planeación, siempre y cuando no se menosprecien los aspectos de seguridad. En la mayoría de los casos, el costo puede reducirse a cierto nivel dependiendo del detalle de la planeación del pozo. No es necesario construir “Monumentos de Acero” en nombre de la seguridad si esto no se requiere. De otra manera, el dinero debe ser gastado en lo necesario para construir un sistema seguro.
Perforar
un agujero hasta un objetivo determinado no es completamente satisfactorio si al final, la configuración del pozo no permite su utilización, es decir, que el diámetro no sea el adecuado para permitir que se realice un adecuada terminación o que la formación este
AD QUI SI CI ÓN Y REVI SI ÓN DE I NF ORM ACI ÓN
El proceso inicia con la solicitud del pozo, el cual es el documento donde se solicita formalmente la perforación, generalmente contiene:
Objetivo del pozo (exploratorio, desarrollo, reparación)
Programa de ejecución (calendario estimado)
Evaluaciones que se desean realizar
Datos
básicos para el diseño del pozo
Localización del pozo.
Correlaciones litológicas.
geológicas
Gradiente de temperatura.
Geopresiones correlación.
Programa direccional (trayectoria del pozo)
estimadas
estructurales
y
de
pozos
y
de
Tipos de registros geofísicos de pozo por etapa
Tipo de terminación y los accesorios necesarios.
Programa de toma de núcleos
Intervalos a disparar y tipo de disparos.
Pruebas de producción requeridas.
Programa de estimulaciones y de introducción de sistemas artificiales de producción.
Presiones y temperaturas yacimiento.
esperadas en el
Composición de los fluidos del yacimiento (H2S o CO2)
Tipos de cabezales
Tipos de fluidos de perforación y terminación a utilizar.
Cualquier otro dato útil para el diseño del pozo.
Firmas
de autorización
AD QUI SI CI ÓN Y REVI SI ÓN DE I NF ORM ACI ÓN (cont..) El
aspecto más importante en la preparación de la planeación del pozo y la subsiguiente aplicación de la Ingeniería de Perforación, es determinar las características y problemas que pueden ser encontrados en el pozo. Para realizar lo anterior es necesario recopilar y verificar los estudios geológicos y sismológicos del área, así como información de campos o pozos cercanos. En forma general la información mínima que debería ser revisada es la siguiente:
Correlaciones geológicas y sísmicas.
Registros de barrenas.
Datos de pruebas realizadas correlación.
Registros de presiones de fondo.
Reportes de fluidos de control.
Registro de tuberías cementaciones.
de
a pozos de
revestimiento
y
Reportes diarios de perforación de pozo de correlación para identificar riesgos y zonas problema. Registros geofísicos de pozo. Trayectorias de pozos.
AN ÁL I SI S DE I NF ORM ACI ÓN Una
vez recopilada y revisada la información, se deberá realizar el análisis de los datos. Este deberá enfocarse a dos puntos esenciales. Preparar resúmenes de la información de perforación y problemática por etapa de los pozos de correlación. Elaborar un listado con los puntos importantes del análisis.
AN ÁL I SI S DE I NF ORM ACI ÓN (cont..) Una
vez terminados los resúmenes de perforación y la correlación estructural, se deberán listar todos los problemas encontrados (pegadura y atrapamiento de tubería, pérdidas de circulación, derrumbes del pozo, flujos de gas y agua, etc.) y para cada problema, realizar un análisis y establecer:
¿Cuales fueron los factores que contribuyeron a la generación del problema?
¿Como puede ser eliminado o minimizado el problema?
¿Que acciones se tomarán si el problema se presenta en el pozo de tal manera que se elimine o minimice?
Al
proceso para resolver esas interrogantes se le conoce como optimización de la perforación . Al llevar a cabo esto, mejorará la toma de decisiones, lo cual será plasmado en el diseño del pozo y el programa operativo de perforación.
OPTI M I ZACI ÓN D E L A PERFORACI ÓN La
, es el proceso de optimización encontrar el conjunto de condiciones requeridas para la obtención de los mejores resultados.
La
optimización de la perforación , es el proceso lógico de analizar las variables involucradas en la perforación de pozos para maximizar la eficiencia de las operaciones involucradas.
El
análisis deberá realizarse de manera estadística, experimental y mediante modelación físico-matemática.
F I L OSOFÍA D E L A PERF ORACI ÓN OPTIMIZADA La
filosofía de la perforación optimizada consiste en emplear como base, los datos y experiencias obtenidos en el primer pozo perforado, para determinar y aplicar técnicas adecuadas para la perforación de los pozos subsecuentes; de tal manera que el costo total de perforación sea reducido al mínimo.
La
figura muestra un primer acercamiento a la optimización. Realizando cada vez más ensayos deberán obtenerse mejores resultados, hasta que se alcance una plataforma de eficiencia, la cual permanecerá relativamente constante. Esto no significa que la “verdadera” optimización se haya alcanzado, sino que se ha establecido una norma operacional para el campo en particular.
L ÍM I TE TÉCNI CO El
límite técnico, se puede definir como
el proceso para alcanzar el óptimo desempeño, revisando y aplicando las mejores prácticas de ingeniería a las operaciones de perforación y terminación de los pozos. El
realizar un análisis de límite técnico tiene como objetivo reducir tiempo y costo del proceso.
Para
identificar aquellos puntos a optimizar, o para establecer su límite técnico, se realiza un análisis del tiempo real de las operaciones de perforación y terminación.
TI EM POS REAL ES DE PERF ORACI ÓN
DI SEÑO DE L A PERFORACI ÓN DE L POZO El
diseño de la perforación, es el proceso de ingeniería que se realiza para establecer las características estructurales del pozo; los materiales, herramientas y equipos a utilizar; y las técnicas y tecnologías de perforación, evaluación y terminación del pozo. La figura describe el proceso de diseño de la perforación un pozo.
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PROCESO DE DI SEÑO DE L A PERF ORACI ÓN DEL POZO
AN ÁL I SI S DE GREOPRESI ONES La
evaluación cuantitativa de los gradientes de presión de sobrecarga, de formación y de fractura juega un papel muy importante dentro de la perforación de pozos petroleros. Constituyen la base fundamental para la óptima programación de las densidades del lodo de perforación y profundidades de asentamiento de las tuberías de revestimiento. Las presiones presentes en el subsuelo o geopresiones se clasifican en:
Presión de confinamiento o sobrecarga.
Presión de formación o poro.
Presión de fractura
ASENTAMIENTO DE TR’s Y GEOMETRÍA DEL POZO La
selección de la profundidad de asentamiento de la tubería de revestimiento (T.R.), es una de las más importantes tareas en el programa de planeación y diseño de los pozos petroleros. La selección de la profundidad de asentamiento, se realiza primeramente para la sarta más profunda que será introducida en el pozo y sucesivamente desde la más profunda hasta la superficial. La determinación del peso del lodo (densidad), para controlar las presiones de formación sin fracturar las formaciones superiores, es el primer criterio para la selección de la profundidad de asentamiento. Este procedimiento se implementa desde el fondo hacia la superficie. Los diámetros de las tuberías de revestimiento y de la barrena empleada para la perforación del intervalo, deben ser seleccionados de manera que se cuente con un espacio adecuado (espacio libre), para las distintas operaciones que se lleven a cabo en el pozo: perforación, producción y mantenimiento.
TUBERÍAS DE REVE STI M I EN TO Son
tuberías que constituyen el medio con el cual se reviste el agujero que se va perforando.
El
objetivo de las tuberías de revestimiento es proteger las zonas perforadas y aislar las zonas problemáticas que se presentan durante la perforación.
Además,
las tuberías de revestimiento proporcionan el medio para instalar las conexiones superficiales de control (cabezales, BOPs), los empacadores y la tubería de producción.
El
diseño de los tubulares se fundamenta en dos factores principales: el conocimiento de material (resistencia) y el conocimiento de las condiciones de esfuerzos (cargas) a los que van estar sujetas las tuberías.
SEL ECCI ÓN D E BARRENAS La
barrena, es el elemento de corte o de ataque usado para perforar pozos. Consiste de un elemento de corte, un elemento de circulación y el cuerpo. El elemento de circulación permite que el fluido pase a través de ella y utilice la corriente hidráulica del lodo para levantar los recortes de formación generados por el elemento de corte.
Los
parámetros considerados más significativos, para la selección de la barrena son:
1.Tipo de formación
2.Tipo de fluido de perforación
3.Estructura de rodamientos
corte
y
sistema
de
4.Velocidad de rotación y peso sobre barrena 5.Tamaño de la barrena
TRAYECTORI A DE POZOS Es
el proceso de dirigir el pozo a lo largo de una trayectoria hacia un objetivo predeterminado, ubicado a determinada distancia lateral de la localización superficial del equipo de perforación.
Con
frecuencia el control de la desviación es otro concepto que se relaciona con la perforación direccional. Se define como el proceso de mantener al agujero dentro de algunos límites predeterminados, relativos al ángulo de inclinación o al desplazamiento horizontal con la vertical o a ambos.
SARTA D E PERF ORACI ÓN La
sarta de perforación es la que trasmite la rotación y el peso a la barrena, permite un conducto para la inyección del fluido, y mantiene en la dirección programada la trayectoria del pozo. Sus principales componentes son:
Tubería de perforación (TP)
Tubería pesada (HW)
Lastrabarrenas (DC)
Estabilizadores
El
diseño de la sarta de perforación se divide en dos partes principales:
Diseño de tubería de conexiones
perforación y
Diseño del aparejo de fondo
H I DRÁUL I CA D E PERF ORACI ÓN La
hidráulica de perforación estudia la interrelación
de los efectos de las propiedades físicas del fluido de control con:
Las condiciones de flujo
El estado mecánico del pozo (geometría)
La variación de las funciones del mismo fluido de control.
La importancia de tener un adecuado programa hidráulico dará como resultado lo siguiente:
Control de las presiones subsuperficiales
Aportar efectos de flotación a la sarta de perforación y tubería de revestimiento
Minimizar la erosión del agujero debido a la acción del lodo durante su movimiento
Remover los recortes del pozo
Incrementa el ritmo de perforación
Determina el tamaño del equipo superficial de bombeo
Por
el contrario, un diseño inadecuado de la hidráulica puede generar problemas como:
Disminución del ritmo de perforación
Mala limpieza del pozo
Brotes o pérdidas de flujo
F L UI DOS DE CONTROL
Un Fluido de perforación, según API:
“es un fluido circulante usado en la perforación rotatoria para ejecutar alguna o todas las funciones requeridas en las operaciones de perforación”. Sus funciones son:
Enfriar y lubricar la barrena
Transmitir la potencia hidráulica a la barrena
Transporte y acarreo de los recortes a la superficie
Control de las presiones de la formación
Estabilidad de las paredes del pozo
Apoyo a la toma de registros
Sustentar la sarta de perforación y de revestimiento
Suspensión de los recortes.
CEMENTACIONES Las
cementaciones son las operaciones con cemento que se efectúan en los pozos petroleros, cuyos principales objetivos son:
Proporcionar formación.
aislamiento
Soportar el peso de la T.R.
con
la
Reducir el proceso corrosivo de la T.R’s con los fluidos de la formación.
Evitar derrumbes de las paredes del pozo.
Sellar intervalos, canalizaciones.
Las
fugas
y
corregir
cementaciones se clasifican de acuerdo a los objetivos que se persiguen en:
Cementación primaria
Cementación forzada
Tapones de cemento
TERM I NA CI ÓN DE POZOS La
terminación del pozo es un proceso que se inicia después de cementada la última tubería de revestimiento (TR de explotación) y se realiza con el fin de dejar el pozo produciendo hidrocarburos o taponado si así se determina.
El
objetivo de la terminación del pozo es obtener la producción óptima de hidrocarburos al menor costo.
EQUI PO DE PERF ORACI ÓN ROTAT ORI A El
equipo de perforación por sí solo permite realizar únicamente dos funciones básicas: subir y bajar las diferentes sartas de tuberías del o dentro del pozo y darle rotación a la sarta de perforación. Todas las demás funciones que se realizan durante la perforación de un pozo se llevan a cabo mediante el empleo de equipo auxiliar.
Independientemente
del tipo de equipo a utilizar, un equipo de perforación es un conjunto de equipos especializados que trabajan como un sistema integrado lo cual permite perforar la corteza terrestre. El equipo de perforación esta compuesto de cinco subsistemas los cuales son:
Subsistema de levantamiento o izaje
Subsistema de rotación
Subsistema de circulación
Subsistema de control
Subsistema de energía
COM EN TARI OS DEL DI SEÑO DEL POZO Comentarios
al diseño del pozo:
Una vez finalizado el documento de diseño, este se debe distribuir para comentarios a todos aquellos departamentos involucrados.
Departamento solicitante. Departamento Si
de perforación.
se requiere, otros especialistas calificados (Compañías de servicios)
PROGRAM A OPERATI VO DE PERF ORACI ÓN
El programa operativo de perforación o programa detallado de perforación es el procedimiento que define todo lo necesario para que los objetivos y el diseño del pozo se lleven a cabo de manera segura, eficiente y costeable. El programa operativo debe ser conciso, libre de detalles innecesarios que puedan causar confusión.
Contenido:
Datos Generales Geopresiones
Tuberías de Revestimiento y cementaciones
Programa direccional (trayectoria)
Fluidos de Perforación
Barrenas e Hidráulica
Sartas de perforación
Programa de Toma de Información
Conexiones Superficiales de Control
Tipo de Terminación
Características del Equipo de Perforación
Distribución de Tiempos
Información de Pozos de Correlación
Programa Calendarizado de Requerimiento de Materiales
Costos de Perforación
Anexos
Toda la información que se considere importante, cálculos de respaldo, oficios, reglamentaciones, etc.
Firmas de Autorización
COM EN TARI OS DE L PROGRAM A OPERATI VO DE PERF ORACI ÓN Una
vez finalizado el programa operativo de perforación, este se debe distribuir para comentarios a todos aquellos departamentos involucrados.
Departamento solicitante.
Departamento de perforación.
Si se requiere, otros especialistas calificados (Compañías de servicio)
REUNI ÓN PREVI A ANTES DEL I NI CI O DE L A PERF ORACI ÓN (I NV OL UCRARSE) Antes
de iniciar la perforación del pozo, el programa de operación debe ser distribuido a cada persona que tenga una posición de supervisión, por ejemplo: Ingeniero de proyecto
Ingeniero de fluidos
Ingeniero geólogo
Coordinador de perforación
Técnico del equipo
Perforador
Lo
anterior es con la finalidad de que se involucren y estén como un solo equipo, supervisando la ejecución del proceso de perforación del pozo.
