ESCUELA MILITAR MILITAR DE INGENIERÍA MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE INGENIERÍA PETROLERA “COCHABAMBA-BOLIVIA”
TRABAJO DE GRADO
“PROGRAMA DE PERFORACIÓN DEL POZO SBL-6 PARA PARA ATRAV ATRAVESAR ESAR LAS FORMACIONES FORM ACIONES ICLA, HUAMAMPAMPA BLOUE INFERIOR ! EL BLOUE MEDIO, MEDIANTE EL SBL-6D DEL CAMPO S"BALO”
NELSON PABLO POZO ZURITA
COCHABAMBA, #$%&
ESCUELA MILITAR MILITAR DE INGENIERÍA MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE INGENIERÍA PETROLERA “COCHABAMBA - BOLIVIA”
TRABAJO DE GRADO
“PROGRAMA DE PERFORACIÓN DEL POZO SBL-6 PARA ATRAVESAR LAS FORMACIONES ICLA, HUAMAMPAMPA BLOUE INFERIOR ! EL BLOUE MEDIO, MEDIANTE EL SBL-6D DEL CAMPO S"BALO ”
NELSON PABLO POZO ZURITA
M'()*+ M'()*+()( ()( P'/0 P'/01' 1' (/ D+2/3' 4/2/51)(' 0'' /78 /78+2 +2+1 +1' ' 4)) 4)) '41) '41) )* 1918*' (/ L+0/50+)18) /5 I5:/5+/9) 4/1'*/) TUTOR ING. JOSE ALBERTO MEJIA RAMOS
COCHABAMBA, #$%&
ÍNDICE DE CONTENIDO
CAPÍTULO %. GENERALIDADES.............. GENERALIDADES....................... .................. .................. ................. ................. .................................. ......................... . %.%
INTRODUCCIÓ INTRODUCCIÓN... N....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ........... ........... ........ ... .
%.#
ANTECEDENT ANTECEDENTES... ES....... ........ ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ....... .
%.;
PLANTEA PLANTEAMIE MIENTO NTO DEL PROBLE PROBLEMA. MA.... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... .
1.3.1
Identifica Identificación ción del problema... problema....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............ ............ ........ .
1.3.2
Formulación Formulación del problema... problema....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... .......... ........... ............ ........... ....... .
%.<
OBJETIVOS. OBJETIVOS..... ........ ........ ........ ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ...... .
1.4.1
Objetivo general................... general........................... ................. .................. .................. .................. .................. ................. ........................... ................... .
1.4.2
Objetivos Objetivos específicos. específicos..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............ ........ .. .
1.4.3
Objetivos Objetivos específico específicoss y objetivos objetivos operativos.... operativos........ ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............ .......... .... .
%.=
JUSTIFICA JUSTIFICACIÓN.. CIÓN...... ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ........... ............ ........... ........... .......... .... .
1..1
!ustificac !ustificación ión t"cnica.... t"cnica........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............ ........ .. .
%.6
ALCANCE... ALCANCE....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ...... .
1.#.1
$lcance tem%tico............... tem%tico........................ .................. ................. ................. .................. .................. .................. ................. ..................... ............. .
1.#.2
$lcance $lcance geogr%fico.. geogr%fico...... ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ........... ............ ............ ............ ...... .
1.#.3 $lcance temporal.................. temporal........................... .................. ................. ................. .................. .................. ....................................... .............................. .
CAPÍTULO # MARCO TEÓRICO................ TEÓRICO......................... .................. .................. .................. ..................................... ................................ .... . #.%
PERFORA PERFORACIÓ CIÓN N DE POZOS PETRO PETROLER LEROS. OS... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... .....
2.1.1 &ipos de po'os petroleros................... petroleros............................ .................. .................. ................. ................. ................................. ........................ .. 2.1.1.1 (o'os )ori'ontales.................. )ori'ontales........................... .................. ................. ................. .................. ......................................... ................................ .. 2.1.1.2 (o'os *ultilaterales................ *ultilaterales......................... ................. ................. .................. .................. .................. ................................. ........................ ..
#.%. #.%.##
O>?/ O>?/1+ 1+@@' (/ (/ *) 4/ 4/' ')0 )0+ +5 5................................................................................ ..
2.1.3 (roblemas en la perforación.................... perforación............................. .................. ................. ................. ..................................... ............................ .. 2.1.3.1 (ega de tubería.................................................................................................... .. 1
2.1.3.2 ("rdida de +irculación......................................................................................... ..
#.#
DISEO DE PERFORACIÓN DE POZOS.......................................................... .
2.2.1 &"cnicas de (erforación......................................................................................... 2.2.2 (erforación +onvencional....................................................................................... 2.2.3 (erforación ,ireccional -no convencional.............................................................
#.;
SISTEMAS DE PERFORACIÓN........................................................................ ##
2.3.1 (ar%metros de (erforación..................................................................................... 2.3.1.1 /radientes de Formación y de Fractura.............................................................. 2.3.1.2 /radiente de (resión........................................................................................... 2.3.1.3 (resión )idrost%tica............................................................................................. 2.3.1.4 (resión de 0obrecarga........................................................................................ 2.3.1. (resión de Formación.......................................................................................... 2.3.1.# (resión de Fractura..............................................................................................
#.<. F*8+('2 (/ P/')0+5........................................................................................... ;$ #.= P':)) (/ C)3/9)2............................................................................................. ;= 2..1
+onductora..........................................................................................................
2..2
0uperficial............................................................................................................
2..3
Intermedia............................................................................................................
2..4
,e eplotación.....................................................................................................
2.. 0arta de (erforación............................................................................................... 2...1 astrabarrenas..................................................................................................... 2...2 stabili'adores..................................................................................................... 2...3 &ubería (esada -)........................................................................................... 2...4 &ubería de (erforación -&.(................................................................................
#.6 P':)) (/ B)/5)2............................................................................................ <; 2
2.#.1 &ipos de 5arrenas................................................................................................... 2.6 (rograma de +ementación........................................................................................ 2.6.1 +ementación (rimaria............................................................................................. 2.6.2 +ementación For'ada............................................................................................. 2.6.3 &apones de +emento..............................................................................................
#. P':)) H+(8*+0'............................................................................................... =% 2.7.1 (ar%metros )idr%ulicos........................................................................................... 2.7.2 Impacto )idr%ulico................................................................................................... 2.7.3 +aballos de fuer'a 8idr%ulicos................................................................................ 2.7.4 9elocidad del Fluido de (erforación en las &oberas.............................................. 2.7. 9elocidad $nular.....................................................................................................
#. NORMAS................................................................................................................... 6$ 2.:.1 $(I........................................................................................................................... 2.:.2
$;&O +$,.......................................................................................................... #1
CAPITULO ; MARCO PR"CTICO................................................................................. 6# ;.% IDENTIFICACIÓN DE LOS PAR"METROS OPERATIVOS ! LA COLUMNA ESTRATIGR"FICA DEL POZO SBL-6 ! SBL-6D............................................ 6# 3.1.1 ;bicación el (o'o 05<# y 05<#,........................................................................ 3.1.2 $n%lisis de la +olumna stratigr%fica del (o'o 05<# y 05<#,.......................... 3.1.3 ,iagnostico de las $lturas de los stratos..............................................................
;.# ESTABLECER LOS PAR"METROS PARA LA PERFORACIÓN DEL POZO SBL-6 ! SBL-6D................................................................................................ &% 3.2.1 +%lculo de los /radientes de (resión..................................................................... 3.2.2 ,eterminación las (resiones de Formación del (o'o 05<# y 05<#,................ 3.2.3 Identificación del Fluido de (erforación.................................................................. 3.2.4 ,eterminación de la (resión )idrost%tica del (o'o 05<# y 05<#,.................... 3
3.2. ,escripción del (erfil del (o'o 05<# y 05<#,....................................................
<.
BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................. =
=.
EB GRAFÍA..................................................................................................... 6
4
ÍNDICE DE TABLAS TABLA % OBJETIVOS ESPECÍFICOS ! OPERATIVOS............................................< TABLA # COORDENADAS DE LA UBICACIÓN DEL POZO SBL-6 ! SBL-6D......6; TABLA ; SECUENCIA ESTRATIGR"FICA DEL POZO SBL-6...............................6= TABLA < SECUENCIA ESTRATIGR"FICA DEL POZO SBL-6D.............................6& TABLA = ALTURA DE LOS ESTRATOS DEL POZO SBL-6....................................6 TABLA 6 ALTURA DE LOS ESTRATOS DEL POZO SBL-6D .............................6 TABLA & PROBLEMAS PARA LA PERFORACIÓN DEL POZO SBL-6..................6 TABLA PROBLEMAS PARA LA PERFORACIÓN DEL POZO SBL-6D...............&$ TABLA GRADIENTE DE PRESIÓN.......................................................................&% TABLA %$ AJUSTE DE LA RECTA DE REGRESIÓN PARA EL GRADIENTE DE PRESIÓN..................................................................................................&; TABLA %% GRADIENTE DE PRESIÓN......................................................................&< TABLA %# PRESIONES DE FORMACIÓN................................................................&= TABLA %; FLUIDO DE PERFORACIÓN SBL-6.......................................................&6 TABLA %< FLUIDO DE PERFORACIÓN SBL-6D.....................................................& TABLA %= TIPO DE PERFIL......................................................................................<
5
ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA % UBICACIÓN DEL POZO SBL-6 ! SBL-6D..............................................= FIGURA # POZO HORIZONTAL.................................................................................& FIGURA ; POZOS MULTILATERALES..................................................................... FIGURA < PERFIL DE POZOS.................................................................................%% FIGURA = "NGULOS DE DIRECCIÓN E INCLINACIÓN......................................%; FIGURA 6 PROFUNDIDAD DESARROLLADA.......................................................%; FIGURA & PROFUNDIDAD VERTICAL VERDADERA...........................................%< FIGURA INCLINACIÓN..........................................................................................%< FIGURA AZIMUTH.................................................................................................%= FIGURA %$ TIPO DE TRA!ECTORIAS....................................................................%& FIGURA %% TRA!ECTORIA SENCILLA DE INCREMENTO ! MANTENIMIENTO %& FIGURA %# GEOMETRÍA DE LA SECCIÓN DE INCREMENTO.............................#% FIGURA %; PRESIÓN DE SOBRECARGA..............................................................#6 FIGURA %< EFECTO DE ESFUERZO DE SOBRECARGA.....................................#& FIGURA %= GRADIENTE DE FORMACIÓN.............................................................# FIGURA %6 GRADIENTE DE FRACTURA...............................................................;$ FIGURA %& ESUEMA REPRESENTATIVA DEL USO DE LAS TUBERÍAS.........;6 FIGURA % SARTA DE PERFORACIÓN.................................................................;& FIGURA % BARRENAS PDC, DIAMANTE ! BICÉNTRICAS................................<= FIGURA #$ CEMENTACIÓN PRIMARIA..................................................................<& FIGURA #% UBICACIÓN DEL CAMPO S"BALO ....................................................6# FIGURA ## PLANTA S"BALO.................................................................................6; FIGURA #; UBICACIÓN DEL POZO SBL-6 ! SBL-6D.........................................6< 6
FIGURA #< CORTE ESTRUCTURAL DEL POZO SBL-6.......................................6& FIGURA #= CORTES ESTRUCTURAL DEL POZO SBL-6D..................................6 FIGURA #6 GRADIENTE DE PRESIÓN DE LAS FORMACIONES HUAMAMPAMPA E ICLA........................................................................&#
7
CAPÍTULO %. GENERALIDADES %.%INTRODUCCIÓN os 8idrocarburos son una fuente de energía no renovable la cual para su etracción re=uiere diferentes etapas> como la eploración> perforación> producción y tratamientos =ue re=uiera este. ;na de las etapas m%s importantes es el proceso de perforación el cual se reali'a mediante dos m"todos> el convencional es cuando se reali'a una perforación vertical y el no convencional es un po'o 8ori'ontal> =ue corresponden a las perforaciones direccionales> los cuales presentan un %ngulo de desviación para llegar a la formación objetivo. as perforaciones en reservorios no convencionales 8an sido demostraciones de tecnologías innovadoras> ya =ue la industria sigue reconociendo la complejidad de estos tipos de reservorios =ue son poco convencionales a perforación 8ori'ontal es una rama directa de la perforación direccional> con la aplicación de esta t"cnica se puede perforar un po'o direccionalmente 8asta lograr un %ngulo entre 7?@ y :?@ de desviación a la profundidad y dirección del objetivo a alcan'ar a partir del cual se iniciar% la sección 8ori'ontal. sta desviación se logra mediante el uso de cuAas> configuraciones de arreglos de fondo de po'o -5)$> motores de fondo> y componentes 5)$ y barrenas de perforación especiales> incluidos los sistemas rotativos direccionales> y las barrenas de perforación. os po'os direccionales re=uieren diferentes par%metros de perforación> tales como el peso sobre la barrena y la velocidad rotativa> para desviar la barrena lejos del eje del po'o eistente para llegar a la formación objetivo.
1 – 92
%.#ANTECEDENTES ,e acuerdo a la revista (lataforma nerg"tica el campo 0%balo tiene una etensión original de 34> 4 )as. l 22 de abril de 1::# se rubrica un contrato de asociación petrolífera entre B(F5 -?C y (etrobras -?C> para la eploración y producción de 8idrocarburos en el denominado blo=ue 0an $ntonio> dentro del cual se ubica el anticlinal de 0an $ntonio y donde en 1::7 se perforo el 05
05 05 05 05<> 05<6> 05<7 y 05<:> los mismos =ue se encuentran en la secuencia estratigr%fica presente en el 0ub $ndino 0ur de 5olivia> del cual forma parte el blo=ue 0an $ntonio> para el aAo 2??# se tenían po'os productores> uno listo para entrar en producción y uno en etapa de perforación> adem%s dic8o campo cuenta con una planta =ue tiene una capacidad de planta instalada de #6? **pcd. n base al $n%lisis del (lan strat"gico +orporativo -(+ 2?1<2?1: se verifico =ue se reali'ara la perforación del po'o 05<#. 0u producción proviene principalmente de los reservorios )uamampampa e Icla. -9er aneo $ •
l po'o (iloto -05<#> tiene como objetivo ubicar el contacto agua presentan en su estructura areniscas y lutitas las cuales son inestables probando 8inc8amiento y caída del po'o> la profundidad final estimada del po'o 05<# -piloto> es de ?? m *,
•
-profundidad media. n la estructura geológica de 8uamampampa presenta una falla en el blo=ue medio> la cual se encuentra naturalmente fracturada evitando la etracción del gas> debiendo ser perforada 8ori'ontalmente para atravesar dic8a formación =ue se encuentra a 4? m. en base al po'o piloto como se muestra en el aneo 5.
2 – 92
%.;PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA *ediante el siguiente an%lisis se procedió a la formulación del problema en base a los antecedentes.
%.;.% I(/51++0)0+5 (/* 4'>*/) •
a formación )uamampampa del blo=ue inferior y la formación Icla blo=ue inferior> est%n conformadas por areniscas y lutitas los cuales son considerados formaciones inestables para llegar al contacto con el gas del po'o 05<#.
•
a posición de la falla en la formación )uamampampa del blo=ue medio impide producir las reservas de gas eistentes.
%.;.# F'8*)0+5 (/* 4'>*/) G*ediante po'o piloto y 8ori'ontal se podr% mejorar la producción de las arenas productoras del campo 0%balo y a su ve' delimitar dic8o campoH
%.
%.<.% O>?/1+@' :/5/)* laborar el programa de perforación del po'o piloto 05<# para alcan'ar las arenas productoras Icla> )uamampampa y así de esta manera mejorar la producción de /as atural y etraer una mayor cantidad de lí=uidos asociados y así de esta manera delimitar el campo
%.<.# O>?/1+@'2 /24/09+0'2 •
,escribir los par%metros operativos y la columna estratigr%fica del po'o 05<# y 05<#,.
•
stablecer los par%metros para la perforación del po'o 05<# y 05<#,.
•
,iseAar la sarta de perforación del po'o 05<# y 05<#,.
3 – 92
•
Eeali'ar el programa de tr"panos para atravesar las formaciones.
%.<.; O>?/1+@'2 /24/09+0'2 '>?/1+@'2 '4/)1+@'2 n la tabla 1 se observa el desarrollo de los objetivos específicos y operativos.
TABLA % OBJETIVOS ESPECÍFICOS ! OPERATIVOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS OBJETIVOS OPERATIVOS ,escribir los par%metros operativos y la ;bicar el po'o 05<# y 05<#,. $nali'ar la columna estratigr%fica del columna estratigr%fica del po'o 05<# y po'o 05<# y 05<#,. 05<#,. ,iagnosticar la altura de los estratos. +alcular los gradientes de presión. ,eterminar las presiones de formación del po'o 05<# y 05<#,. stablecer los par%metros para la Identificar el fluido de perforación. perforación del po'o 05<# y 05<#, ,eterminar la presión 8idrost%tica del po'o 05<# y 05<#, ,escribir el perfil del po'o 05<# y 05<#,. $nali'ar y seleccionar las normas de la sarta de perforación. ,eterminar el volumen de cementación ,iseAar la sarta de perforación del po'o del po'o 05<# y 05<#,. +alcular el nJmero de tuberías para 05<# y 05<#,. atravesar las formaciones ,eterminar los componentes de la sarta de perforación. • •
• • •
• •
•
•
•
•
•
• •
Eeali'ar el programa de tr"panos para atravesar las formaciones
•
•
,eterminar la 8idr%ulica de perforación 0eleccionar los trepano para la perforación del po'o 05<# y 05<#, +alcular la velocidad de rotación -rotaria. Eeali'ar el diagrama de perforación del po'o 05<# B 05<#,.
F8/51/ [Elaboración propia, 2017]
4 – 92
%.=JUSTIFICACIÓN. a justificación del presente proyecto debe reali'arse en consideración al impacto =ue se espera en los aspectos t"cnicos.
%.=.% J821++0)0+5 105+0) l proceso de perforación es una etapa principal =ue tiene como objetivo obtener el 8idrocarburo de la formación objetivo> la cual puede ser reali'ada por diferentes m"todos como ser> el convencional y el direccional.
%.6ALCANCE as limitaciones presentes en el siguiente trabajo de grado son las siguientes.
%.6.% A*0)50/ 1/1+0' n el presente proyecto se abordaran conocimientos de /eología del petróleo /eología estructural (erforación I> II> III y I9. Fluidos de perforación.
%.6.# A*0)50/ :/':+0' l campo s%balo se encuentra en el ,epartamento de &arija provincia /ran +8aco como se observa en la figura 1.
FIGURA % UBICACIÓN DEL POZO SBL-6 ! SBL-6D
5 – 92
F8/51/ [Elaboración propia en base a Google Earth, 2017]
%.6.; A*0)50/ 1/4')* l presente (royecto se elaborara en un tiempo estimado de 12 meses -1 aAo> debiendo reali'ar las debidas etapas para su elaboración segJn la correspondiente cronograma propuesto por la scuela *ilitar de Ingeniería abarcando dos semestres IIK2?1# y IK2?16 para la finali'ación del proyecto.
6 – 92
CAPÍTULO # MARCO TEÓRICO #.%PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS a perforación así como la eploración> son un tipo de actividad =ue demanda muc8o tiempo y tambi"n recursos financieros. ,e a8í =ue> un e=uipo de perforación solo se instala y empie'a a perforar solo cuando geofísicos y geólogos 8an acordado la ubicación m%s capa' para buscar 8idrocarburos ubicados en el subsuelo. -5enite'> 2?1
#.%.% T+4'2 (/ 4''2 4/1'*/'2 #.%.%.% P''2 H'+'51)*/2 os po'os petroleros petroleros 8ori'ontales 8ori'ontales se efectJan efectJan con la pretensión de perforar los m%s productivos> locali'ados en una enorme etensión 8ori'ontal y no poder limitarse solamente al espesor eacto de las formaciones =ue es el caso de perforaciones usuales. os po'os de alcance etendido pueden lograr sus blancos a pero de 7Lm de la locali'ación del po'o. a t"cnica les deja a los operadores poder eplotar el petróleo y los diferentes campos satelitalment satelitalmente. e. $dem%s> los campos próimos a la costa se pueden desarrollar desde la tierra para así reducir un poco los costos y disminuir al mínimo el impacto ambiental> como se muestra en la figura 2. -*arcos Fernande'> 2??3> p%g. :
7 – 92
FIGURA FIGUR A # POZO HORIZONTA HORIZON TAL L
F8/51/: [Marcos Fernandez, 2003]
#.%.%.# P''2 M8*1+*)1/)*/2 os po'os multilaterales emplean drenajes 8ori'ontales mJltiples ubicados desde un po'o primario para disminuir disminuir el nJmero de po'os precisos para poder drenar todo el reservorio. reservorio. os po'os multilaterale multilateraless re=uieren re=uieren de pocos cabe'ales> lo cual reduce el precio de las terminaciones submarinas y tambi"n de las operaciones de bacLlinL ver figura 3 -*arcos Fernande'> 2??3> p%g. 1?.
FIGURA FIGUR A ; POZOS MULTILATERALES MULTILATERALES
F8/51/: [Marcos Fernandez, 2003]
8 – 92
#.%.# O>?/1+@' (/ *) 4/')0+5 l objetivo de la perforación es construir un po'o Jtil un conducto desde el yacimiento 8asta la superficie> =ue permita su eplotación racional en forma segura y al menor costo posible. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. 6
#.%.; P'>*/)2 /5 *) 4/')0+5 os problemas en el po'o son eventos no rutinarios =ue aumentan los costos y el tiempo en las operaciones de perforación> si es =ue estos no llegan a controlarse pueden provocar reventones> los m%s frecuentes son (ega de tubería. (erdida de circulación. • •
#.%.;.% P/:) (/ 18>/9) l t"rmino 8ueco apretado se aplica en situaciones cuando el movimiento de la sarta> sea de rotación o bien vertical> se ve restringido por eventos o fuer'as en el 8ueco. n general se reconoce esta situación por=ue el tor=ue se aumenta y se torna err%tico> se incrementa la carga en el ganc8o necesaria para levantar la tubería> o se incrementa el peso en la broca o el arrastre cuando se baja la tubería. +uando no se puede levantar la tubería> se dice =ue la tubería se 8a pegado. ,ependiendo del mecanismo en particular con =ue 8aya ocurrida la pega> =ue puede suceder =ue tampoco se pueda bajar> rotar> ni circular por dentro de la tubería. as causas de pega de tubería pueden ser clasificadas en forma general bajo tres mecanismos principales. M mpa=uetamiento -(acL 2??2> p%g. 144
#.%.;.# P(+() (/ C+08*)0+5 a p"rdida de circulación en formaciones normalmente presuri'adas bajo el nivel del revestimiento de superficie puede ser ocasionada por fracturas naturales en formaciones con una presión subnormal de poro. 0i a medida =ue avan'a la perforación> no 8ay retorno de fluido o de cortes> es muy probable =ue se est" perdiendo en una 'ona fracturada. -,$&$O/> 2??2> p%g. 131 9 – 92
#.# DISEO DE PERFORACIÓN DE POZOS l diseAo de la perforación de po'os es un proceso sistem%tico y ordenado> este proceso re=uiere =ue algunos aspectos se determinen antes =ue otros. (or ejemplo> la predicción de presión de formación sea determinada previamente. as etapas a seguir durante el diseAo de po'os est%n bien identificadas y son las siguientes <
Eecopilación de la información disponible.
<
(redicción de presión de formación y fractura.
<
,eterminación de la profundidad de asentamiento de las tuberías de revestimiento.
<
0elección de la geometría y trayectoria del po'o.
<
(rograma de fluidos de perforación.
<
(rograma de barrenas.
<
,iseAo de tuberías de revestimiento y programa de cementación.
<
,iseAo de las sartas de perforación.
<
(rograma 8idr%ulico.
,ebido a =ue este proceso es general> puede aplicarse para el diseAo de cual=uier tipo de po'os y cuyo Jnico re=uerimiento consiste en aplicar la tecnología adecuada en cada etapa. a planeación de la perforación de un po'o> re=uiere de la integración de ingeniería> seguridad> ecología> costo mínimo y utilidad. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. 6
#.#.% T05+0)2 (/ P/')0+5. P/+*/2 (/ P''2. isten tres perfiles principales =ue pueden ser previstos para la trayectoria de un po'o. ote =ue en caso de corrección de curso> podría 8aber muc8as variaciones del perfil previsto. 10 – 92
< (erfil de defleión 0uperficial -08alloN ,eflection (rofile l perfil de defleión superficial est% caracteri'ado por una defleión superficial inicial. +uando se logran la inclinación y el a'imut deseados> se reviste el po'o para proteger la sección de levantamiento. 0e mantiene el %ngulo del po'o con el fin de llegar al objetivo. ste perfil es usado principalmente para perforación a profundidad moderada donde no se necesita revestimiento intermedio. &ambi"n se usa para perforar po'os m%s profundos =ue re=uieran un gran despla'amiento lateral. a mayoría de po'os direccionales se planean con este perfil. 9er figura 4.
FIGURA < PERFIL DE POZOS
F8/51/: [!"!#$G, 2002]
<
(erfil de curva en 0.
se caracteri'a tambien por una defleion inicial a una profundidad superficial con un revestimiento aislando la seccion de levantamiento. l angulo de desviacion se mantiene 8asta =ue se 8a perforado la mayor parte del despla'amiento lateral deseado. l angulo del 8ueco se reduce o se regresa a la vertical con el fin de llegar al objetivo frecuentemente se sienta un revestimiento intermedio cuando se 8a conseguido la reduccion de angulo necesaria. <
(erfil de defleion aguda.
l perfil de defleion aguda se caracteri'a por una defleion inicial muc8o mas abajo del revestimiento de superficie> luego se mantiene el angulo con el fin de llegar al objetivo. -,$&$O/> 2??2> p%g. 121
11 – 92
#.#.# P/')0+5 C'5@/50+'5)* )ay varias ra'ones para perforar 8ori'ontalmente a trav"s de un reservorio> principalmente debido a las características de la formación y con el fin de maimi'ar la producción de un po'o. < a producción de formaciones muy delgadas> la cual es muy poco económica en po'os verticales. ;n po'o 8ori'ontal tendr% un %rea de contacto mayor con el reservorio> así incrementando el índice de productividad -productivity inde. < (roducción de reservorios donde la permeabilidad vertical ecede la permeabilidad 8ori'ontal. < (roporciona mayor información sobre el reservorio y sobre la formación. < lega a 'onas aisladas en reservorios irregulares. < (enetra fracturas verticales. < Incrementa la producción en reservorios de baja presión o baja permeabilidad. < imita la contaminación por fluidos no deseados al mantener el po'o dentro de la 'ona de aceite> sobre el contacto agua K aceite. < Eetarda la aparición de gas o agua pues un po'o 8ori'ontal crea un menor gradiente de presión al estar produciendo. < Eeduce el nJmero de po'os necesarios para eplotar un reservorio. 9arios po'os 8ori'ontales pueden ser perforados desde un solo po'o vertical> n ve' de un gran nJmero de po'os verticales necesarios para eplotar adecuadamente la misma %rea del reservorio. -,$&$O/> 2??2> p%g. 12
#.#.; P/')0+5 D+/00+'5)* 5' 0'5@/50+'5)*K a perforación direccional es el proceso de dirigir el po'o a lo largo de una trayectoria 8acia un objetivo predeterminado> ubicado a determinada distancia lateral de la locali'ación superficial del e=uipo de perforación. n sus principios> esta tecnología surgió como una operación de remedio. 0e desarrolló de tal manera =ue a8ora se considera una 8erramienta para la optimi'ación de yacimientos. +omprende 12 – 92
aspectos tales como tecnologías de po'os 8ori'ontales> de alcance etendido y multilaterales> el uso de 8erramientas =ue permiten determinar la inclinación y dirección de un po'o durante la perforación del mismo -*,> estabili'adores y motores de fondo de calibre ajustable> barrenas bic"ntricas> por mencionar algunos. +on frecuencia el control de la desviación es otro concepto =ue se relaciona con la perforación direccional. 0e define como el proceso de mantener al agujero dentro de algunos limites predeterminados> relativos al %ngulo de inclinación> o al despla'amiento 8ori'ontal con respecto a la vertical o a ambos. $ lo largo del libro se 8a tratado el diseAo de po'os verticales> considerando la perforación como el proceso unidimensional de penetrar la tierra con la barrena a determinada profundidad vertical. 0in embargo> la perforación es un proceso tridimensional. a barrena no solo penetra verticalmente> sino =ue se desvía intencionalmente o no 8acia los planos D
FIGURA = "NGULOS DE DIRECCIÓN E INCLINACIÓN
F8/51/ [%EME&, 2002]
)K P'85(+()( (/2)'**)() PD M/)28/( (/41MDK s la distancia medida a lo largo de la trayectoria real del po'o> desde el punto de referencia en la superficie> 8asta el punto de registros direccionales. sta profundidad siempre se conoce> ya sea contando la tubería o por el contador de profundidad de la línea de acero. n la figura # se muestra la profundidad desarrollada (, de un po'o.
13 – 92
FIGURA 6 PROFUNDIDAD DESARROLLADA
Fuente:
[%EME&, 2002]
>K P'85(+()( @/1+0)* @/()(/)PVV T8/ @/1+0)* (/41TVDK s la distancia vertical desde el nivel de referencia de profundidad> 8asta un punto en la trayectoria del po'o. ormalmente es un valor calculado. 9er figura 6.
FIGURA & PROFUNDIDAD VERTICAL VERDADERA
Fuente:
[%EME&, 2002]
0K I50*+5)0+5 D+1K s el %ngulo -en grados entre la vertical local> dada por el vector local de gravedad como lo indica una plomada> y la tangente al eje del po'o en un punto determinado. (or convención> ? corresponde a la vertical y :? a la 8ori'ontal> 9er figura 7.
14 – 92
FIGURA INCLINACIÓN
Fuente:
[%EME&, 2002]
(K A+81 D+/00+5 (/* P''K l a'imut8 de un po'o en un determinado> es la dirección del po'o sobre el plano 8ori'ontal> medido como el %ngulo en sentido de las manecillas del reloj> a partir del norte de referencia. sta referencia puede ser el norte verdadero> el magn"tico o el de mapa. +omo ya se mencionó> por convención se mide en sentido de las manecillas del reloj. &odas las 8erramientas magn"ticas proporcionan la lectura del a'imut8 con respecto al norte magn"tico. 0in embargo> las coordenadas calculadas posteriormente> est%n referidas al norte verdadero o al norte de mapa> 9er figura :.
15 – 92
FIGURA AZIMUTH
Fuente:
[%EME&, 2002]
/KH/)+/51) (/ '5('K +ual=uier elemento o dispositivo =ue se incluya en el aparejo de perforación y se corra dentro del po'o. os motores de fondo> las camisas *,> las 8erramientas de registro direccional> etc.
K P)1) (/ 4/' D': */:K s la curvatura total del po'o -la combinación de cambios en inclinación y dirección entre dos estaciones de registros direccionales. a pata de perro se mide en grados. a severidad de la pata de perro es la magnitud de la pata de perro> referida a un intervalo est%ndar -por convención se 8a establecido de 1?? pies o 3? metros. a severidad se reporta en grados por cada 1?? pies o grados por cada 3? metros. n la conversación normal> la severidad se nombra como Ppata de perroQ. sto puede causar confusión al principio. s conveniente mantener las severidades tan bajas como sea posible en la perforación convencional -menos de 4 o K1?? pies. as severidades altas provocan problemas en el po'o tales como ojos de llave> atrapamientos de tubería o desgaste de la misma o dela tubería de revestimiento. 16 – 92
:K T+4'2 (/ T)/01'+)2 a figura 1? muestra cuatro tipos de trayectoria =ue pueden ser perforadas para alcan'ar el objetivo. a trayectoria $ es una trayectoria de incrementar y mantener el agujero penetra el objetivo a un %ngulo igual al m%imo %ngulo de incremento. a trayectoria 5 es una trayectoria P0 modificadaQ y a + es una trayectoria P0Q el agujero penetra al objetivo con un %ngulo de inclinación m%imo en la sección de mantenimiento. (ara la trayectoria ,> =ue es una Ptrayectoria de incremento continuoQ> la inclinación continua increment%ndose 8asta o a trav"s del objetivo. a trayectoria de incrementar y mantener re=uiere el menor %ngulo de inclinación para alcan'ar el objetivoR y la 0 modificada re=uiere mayor inclinaciónR y la 0 re=uiere aJn m%s. a trayectoria de incremento continuo re=uiere la mayor inclinación de todos los tipos de trayectoria para alcan'ar el objetivo.
FIGURA %$ TIPO DE TRA!ECTORIAS
Fuente:
[%EME&, 2002]
K T)/01'+) (/ I50//51) M)51/5/ T+4' S*)51K a figura 11 muestra una trayectoria sencilla de incremento y mantenimiento de %ngulo> la cual intercepta un objetivo a una profundidad vertical verdadera -(99 de ,3 y a un despla'amiento 8ori'ontal de D 3 -(unto 5. l punto de desviación se encuentra a una (99 de profundidad , 1> donde el ritmo de incremento del %ngulo de inclinación es> el cual est% en grados por unidad de longitud.
FIGURA %% TRA!ECTORIA SENCILLA DE INCREMENTO ! MANTENIMIENTO 17 – 92
Fuente:
[%EME&, 2002]
(ara encontrar el radio de curvatura se tiene la siguiente ecuación 180
∗1
π r 1= q
ec. 1
D'5(/ r 1 S Eadio de curvatura = S $ngulo de incremento (ara encontrar el %ngulo de inclinación m%imo> T> se tiene 90 ° =θ + ( 90− Ω )+ τ
D'5(/ 18 – 92
ec. 2
U S $ngulo de inclinación m%imo. V S $ngulo tao W S $ngulo omega l %ngulo V puede ser encontrado considerando el tri%ngulo O$5> donde tan τ =
r 1− X BA = AO D 3− D1 3
τ =arctan
ec. 3
r 1− X
3
ec.
D3− D1
4
D'5(/ D3 S ,espla'amiento 3 ,3 S (rofundidad 3 ,1 S (rofundidad 1 D1 S ,espla'amiento 1 l %ngulo W se puede encontrar considerando el tri%ngulo O5+> donde sin Ω =
r1
ec.
OB 2
D 3− D 1 ¿ 2
r 1− X 3 ¿ +¿
¿ LOB =√ ¿
ec. #
0ustituyendo O5 en la ec. : se obtiene 2
D 3− D1 ¿
¿
2
r 1− X 3 ¿ +¿
¿
√ ¿ Ω=
r1
¿ sin ¿
19 – 92
ec. 6
D'5(/ r 1 S Eadio 1 O5 S &ramo O5 l %ngulo de inclinación m%imo> => para el caso de incrementar y mantener> no est% limitado a D3˂r 1. &ambi"n es v%lido para D 3˃r 1. 2
D3− D 1 ¿
¿
2
r 1− X 2 ¿ −¿−¿ arcsen
¿
√ ¿
(
r 1− X 3
D 3− D1
) ec. 7
r1
¿ ¿
θ= arcsen ¿
a longitud del arco> sección ,+> es L DC =
π ∗r ∗θ 180 1
L DC =
θ q
ec. : ec. 1?
D'5(/ ,+ S ongitud de arco U S $ngulo de inclinación m%imo. r 1 S Eadio de curvatura = S $ngulo de incremento a longitud del tramo +5> a un %ngulo de inclinación constante> puede ser determinado a partir del tri%ngulo 5+O como r CO tan Ω = = 1 LCB LCB
20 – 92
ec. 11
LCB =
r1
ec. 12
tan Ω
a profundidad total desarrollada> , *> para una (99 de , 3 es r1 θ D M = D1+ + q tan Ω
ec. 13
D'5(/ ,* S profundidad desarrollada +5 S ongitud del tramo +5 ,onde ,* es igual a la sección vertical 8asta el punto de desviación m%s la sección de incremento m%s la sección de inclinación constante. l despla'amiento 8ori'ontal + -D 2 8asta el final de la sección de incremento puede ser determinado considerando el tri%ngulo ,ʼO+> donde D N = D 1 + r 1 sin θ
ʼ
ec. 14
B el despla'amiento 8ori'ontal> D > es θ 1−¿ cos ¿ θ =r 1 ¿ N =¿ r 1 −r 1 cos ¿ X ¿ ʼ
D'5(/ DS ,espla'amiento 8ori'ontal , S 0ección de incremento n la figura 12 se muestra la geometría de la sección de incremento.
FIGURA %# GEOMETRÍA DE LA SECCIÓN DE INCREMENTO
21 – 92
ec. 1
Fuente:
[%EME&, 2002]
a (99 al final de la sección de incremento es , 2> la cual puede obtenerse del tri%ngulo ,XO+ -figura 11 D2= D1 + r 1 sin θ
ec. 1#
a nueva profundidad desarrollada de cual=uier parte de la sección de incremento es D MN = D1 +
θ´ q
ec. 16
D'5(/ ,* S ueva profundidad desarrollada para cual=uier parte de la sección ,2 S (rofundidad 2 ,1 S (rofundidad 1 a nueva profundidad desarrollada a una (99 de ,ʼ puede determinarse del tri%ngulo ((ʼ+
22 – 92
θ D M P= D1 + +CP q CP=
ec. 17
CP ʼ cos θ
ec. 1: θ
D − D1−r 1 sin ¿ CP = D − D2=¿ ʼ
ʼ
ec. 2?
ʼ
(or lo tanto θ
¿
CP= Dʼ− D 1−r 1 sin ¿
ec. 21
cos θ
θ θ D MP = D1 + + Dʼ− D1−r 1 sin ¿ ¿ cos θ q
ec. 22
l despla'amiento 8ori'ontal en el punto ( es X ʼ = X 2 + PʼP
ec. 23
P P=CP
ec. 24
,onde ʼ
θ= arctan
(
D 3− D1 r 1 − X 3
)
−arccos
ʼ
tan θ
{( ) [ ( )]} r1
D 3− D1
∗sin arcctan
D 3− D1 r 1 − X 3
ec. 2
D'5(/ ,*( S ueva profundidad desarrollada a una (99 D2S ,espla'amiento 8ori'ontal 2 r 1 S Eadio de curvatura = S $ngulo de incremento +(ʼ S &ramo +(ʼ -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%gs. 1?2< 112 23 – 92
#.;SISTEMAS DE PERFORACIÓN )K B'0) (/ P/')0+5 S)1) (/ P/')0+5 l t"rmino rotaria proviene del movimiento físico de la sarta de perforación y la broca> el cual va aplicando una fuer'a rotaria de corte a la roca en el fondo del po'o. a rotación puede ser aplicada en superficie a toda la sarta o bien por un motor en fondo a una parte del ensamblaje de fondo -5ottom 8ole assembly> 5)$. a sarta de perforación consiste en tubería de acero la cual conduce en su interior el fluido de perforación 8asta la broca de perforación. sta sarta de perforación es una combinación de tubería YstandardZ de perforación> tubería de perforación m%s pesada> de mayor di%metro y calibre> y YbotellasZ -,rill collars aJn m%s pesadas.
>K S+21/) (/ C+08*)0+5 l fluido de perforación> comJnmente llamado lodo de perforación> se almacena en tan=ues o piscinas> y desde allí el lodo puede ser bombeado a trav"s del standpipe a la sNivel donde entra a la Lelly o al &op ,rive> luego por toda la sarta de perforación 8asta la broca> antes de regresar a la superficie a trav"s del anular> -el espacio entre la sarta de perforación y las paredes del 8ueco. B al regresar a la superficie el lodo es pasado por varios elementos del e=uipo de control de sólidos para =ue le sean retirados los cortes de la perforación> antes de regresar a los tan=ues de lodo y completar el ciclo completo.
0K S+21/) (/ M'@++/51' (/ *) S)1) (/ P/')0+5 &oda esta sarta es montada en la torre de perforación =ue tiene un sistema para el movimiento vertical -8acia adentro y 8acia fuera de dic8a sarta. ste sistema est% compuesto de el malacate> el conjunto de poleas en la corona> el blo=ue viajero y la línea de perforación. a rotación de la sarta en superficie es aplicada a la sarta por una de dos maneras (or medio de un sistema de Lelly> o por medio de un &op ,rive.
(K S+21/)2 (/ S8+5+21' (/ E5/:9) &odo el e=uipo descrito anteriormente se opera con un sistema central de energía> el cual tambi"n suministra la energía para el alumbrado el"ctrico> para las compaAías
24 – 92
de servicio> etc"tera. ormalmente> esta fuente de energía es una planta el"ctrica movida por un motor di"sel.
/KS+21/) (/ V*@8*)2 P/@/51')2 as formaciones en la sección superficial de un po'o> generalmente est%n aisladas por tubo conductor de acero de di%metro grande> llamado revestimiento o casing> l cual 8a sido cementado en su sitio. l espacio anular por el cual el lodo regresa a la superficie es a8ora el espacio entre el interior del revestimiento y el eterior de la sarta de perforación. $ este revestimiento se conectan las v%lvulas preventoras o 5O(s -5loN Out (reventors> una serie de v%lvulas y sellos =ue pueden ser usados para cerrar el anular o la boca completa del po'o con el fin de controlar altas presiones de fondo cuando se presentan. -,$&$O/> 2??2> p%g. 17
#.;.% P)/1'2 (/ P/')0+5 0e proceder% a la eplicación de los par%metros de perforación utili'ados.
#.;.%.% G)(+/51/2 (/ F')0+5 (/ F)018) as propiedades de las formaciones lutíticas se utili'an para predecir y estimar la magnitud de las presiones anormales en las formaciones debido a sus características> y de adem%s constituyen un gran porcentaje de los sedimentos depositados en las 'onas petroleras. ,ebido a =ue los estratos lutíticos son notablemente sensibles a los proceso de compactación> estos 8an constituido una valiosa ayuda en la detención y construcción de perfiles de presión. +uando el agua intersticial es libre de escapar> se desarrollar presiones normales en las formaciones> la compactación de las lutitas es función principalmente de la profundidad. (or tanto> a mayores profundidades de enterramiento> es mayor el grado de compactación y la densidad =ue e8iben. as rocas lutíticas con presiones arriba de la normal> presentan una porosidad mayor =ue la de una formación de las mismas características con presión normal> debido a =ue contienen una mayor cantidad de fluido. +omo resultado de lo anterior> los par%metros de las lutitas sensibles a la compactación y obtenidos de los registros> son graficados contra la profundidad para determinar una tendencia normal de 25 – 92
compactación. a forma y la pendiente de esta tendencia son característica de las formaciones de una región geológica> de un solo campo y algunas veces> solamente de un blo=ue fallado. os comportamientos típicos =ue presentan la resistividad y conductividad en 'onas anormales> tambi"n pueden ser originados por formaciones impregnadas de agua con alto contenido de sales minerales. ;na de las mejores 8erramientas usadas tanto para la detección como para la estimación de las 'onas con presiones anormales> son a=uellas =ue utili'an los datos obtenidos de los registros geofísicos> principalmente los sónicos =ue est%n menos influenciados por las características del lodo sado durante la perforación. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. 2#
#.;.%.# G)(+/51/ (/ P/2+5 a presión de la formación es la presión contenida dentro de los espacios del poro de la roca. l conocimiento de la presión de la formación es importante por=ue dictar% el lodo> la presión 8idrost%tica y por lo tanto el peso de barro re=uerido en el po'o. 0i la presión de formación es mayor =ue la presión 8idrost%tica de la columna de lodo> los fluidos -/as> aceite o agua salada pueden fluir 8acia el interior del po'o a partir de formaciones permeables. ormal. /radientes de presión para las formaciones depender% del ambiente en el =ue est%n establecidos y varían de un %rea a otra. P PG = PV
D'5(/ (/S /radiente de presión (S (resion (9S (rofundidad 9ertical -ell +ontrol *anual> 2??2> p%gs. $<3
26 – 92
ec. 2#
#.;.%.; P/2+5 H+('211+0) a presión 8idrost%tica es la presión total creada por el peso de una columna de fluido> actuando en cual=uier punto dado en un po'o. )idro significa agua> o fluido> =ue ejerce presión como agua> y est%tica significa sin movimiento. $sí presión 8idrost%tica es la presión originada por la densidad y la altura de una columna estacionaria -sin movimiento de fluido. Ba conocemos cómo calcular un gradiente de presión del peso de un fluido. a presión 8idrost%tica puede ser calculada de un gradiente de presión a un punto determinado
D'5(/ ()S (resión 8idrost%tica [f S ,ensidad del fluido (99S (rofundidad -ell +ontrol *anual> 2??2> p%gs. $<2 P H = ρf ∗0.052∗ PVV
ec. 26
#.;.%.< P/2+5 (/ S'>/0):) s la presión ejercida por el peso combinado de la matri' de la roca y los fluidos contenidos en los espacios porosos de la misma -agua> 8idrocarburos> etc.> sobre las formaciones subyacentes> se epresa de la siguiente manera S = pes!atr"# rcsa + pes f$%"&"nterst"c"a$ S =( 1 −ϕ ) ρ ' D + ρf G&
n la figura 13 se muestra la presión de sobrecarga entre los espacios porosos.
FIGURA %; PRESIÓN DE SOBRECARGA
27 – 92
ec. 27 ec. 2:
F8/51/ [%EME&, 2002]
D'5(/ /0+ S /radientes de sobrecarga -grKcc. \ S (orosidad promedio de las formaciones encima de la profundidad del punto de inter"s -C. ]E S ,ensidad promedio de las rocas encima del punto de inter"s -grKcc. (uesto =ue la porosidad no disminuye en forma lineal con la profundidad bajo una compactación normal de sedimentos> entonces el gradiente de sobrecarga Jnicamente se incrementa con la profundidad> pero no en forma lineal -figura de abajo. ;n valor promedio del gradiente de sobrecarga es ?.231 LgKcm 2Km> =ue corresponde a una densidad media del sistema roca si como determinar promedio. +omo se muestra en la figura 14. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. 26
FIGURA %< EFECTO DE ESFUERZO DE SOBRECARGA
28 – 92
F8/51/ [%EME&, 2002]
#.;.%.= P/2+5 (/ F')0+5 a presión de formación es a=uella a la =ue se encuentran confinados los fluidos dentro de la formación. &ambi"n se le conoce como presión de poro. as presiones de formación o de poro =ue se encuentran en un po'o pueden ser normales> anormales -altas o subnormales -bajas. /eneralmente> los po'os con presión normal no crean problemas para su planeación. as densidades del lodo re=ueridas para perforar estos po'os varían entre 1.?2 y 1.14 grKcc. os po'os con presiones subnormales pueden re=uerir &EXs adicionales para cubrir las 'onas d"biles o de baja presión cuyo origen puede ser factores geológicos> tectónicos o yacimientos de presionados por su eplotación. as presiones anormales se definen como a=uellas presiones mayores =ue la presión 8idrost%tica de los fluidos de formación. +onsiderando una capa de sedimentos depositados en el fondo del mar> a medida =ue m%s y m%s sedimentos se agregan encima de la capa> el peso adicional los compacta. (arte del agua eiste en los espacios porosos no sea interrumpido y el agua subsuperficial permane'ca continua con el mar arriba> la presión dentro de la formación se dice =ue es normal o 8idrost%tica. $ la presión de formación generalmente se le llama gradiente de presión. strictamente no lo es ya =ue el gradiente de presión se obtiene dividiendo la presión de formación entre la profundidad. 0us unidades ser%n LgKcm2Km o lbKpg2Kpie. 0in embargo en la perforación se 8a 8ec8o costumbre utili'ar densidades 29 – 92
como gradiente. 0i los fluidos de formación son agua dulce> el gradiente normal gn S 1.?? grKcc S ?.1 LgKcm2Km S ?.433 lbKpg2Kpie. l gradiente normal en el subsuelo varía entre las diferentes provincias geológicas> debido a =ue los fluidos del subsuelo contienen cantidades variables de solidos disueltos y gas> y est%n sujetos a diferentes temperaturas y presiones. Pa=0.1∗ (a∗ prf ) + * p
ec. 3?
D'5(/ gaS /radiente de presión anormal -LgKcm 2Km. prof.S profundidad ^pS ,iferencial de presiones 0ubnormales cuando son menores a la normal> es decir> a la presión 8idrost%tica de la columna de fluidos de formación etendida 8asta la superficie. ormales cuando son iguales a la presión 8idrost%tica ejercida por una columna de fluidos de formación etendida 8asta la superficie. l gradiente de presión normal es igual a 1.?6 grKcc -7.:1 lbKgal en 'onas costa afuera y 1.?? grKcc -7.33 lbKgal en %reas terrestres. $normales cuando son mayores a la presión 8idrost%tica de los fluidos de formación. as presiones anormales afectan el programa de perforación del po'o en muc8os aspectos> dentro de los cuales se tienen < a selección del tipo y densidad del lodo. < a selección de las profundidades de asentamiento de las tuberías de revestimiento. < a planeación de las cementaciones. $dem%s> deber%n de considerarse los siguientes problemas =ue se pueden derivar de las altas presiones < 5rotes y reventones. < (egaduras de la tubería por presión diferencial. 30 – 92
< ("rdida de circulación por usar lodos densos. < ,errumbes de lutita. n la figura 1 se muestra el gradiente de formación. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%gs. 26<2:
FIGURA %= GRADIENTE DE FORMACIÓN
F8/51/ [%EME&, 2002]
#.;.%.6 P/2+5 (/ F)018) s la fuer'a por unidad de %rea necesaria para vencer la presión de formación y la resistencia de la roca. a resistencia =ue opone una formación a ser fracturada> depende de la solide' o co8esión de la roca y de los esfuer'os de compresión a los =ue se someta. as formaciones superiores solo presentan la resistencia originada por la co8esión de la roca. $ medida =ue aumenta la profundidad> se aAaden los esfuer'os de compresión de la sobrecarga de las formaciones. ,ebido a esto> se puede confirmar =ue las fracturas creadas en las formaciones someras son 8ori'ontales y la mayoría de las fracturas creadas en formaciones profundas son verticales -la roca generalmente se rompe a presiones inferiores a la
31 – 92
presión teórica de sobrecarga. 9er la figura 1# -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. 2:
FIGURA %6 GRADIENTE DE FRACTURA
F8/51/ [%EME&, 2002]
#.<. F*8+('2 (/ P/')0+5 os fluidos de formación tienen la obvia función de remover los cortes de la perforación fuera del po'o> y de lubricar y refrigerar la broca y la sarta de perforación. ,e 8ec8o el lodo tiene muc8as otras funciones y es la columna vertebral de virtualmente todas las operaciones de perforación de un po'o. s muy importante =ue el fluido de perforación pueda llevar a cabo todas estas funciones eficientemente> como ser < Eefrigerar y lubricar la broca y la sarta de perforación. < impie'a del fondo del po'o. < +ontrol de presiones de fluido. < Eevestir la pared del po'o con torta de lodo < $yuda a soportar el peso de la sarta < &ransportar y remover los cortes de perforación. < &ransmitir energía 8idr%ulica a la broca. < stabilidad del (o'o < (rotección y valuación de las formaciones.
32 – 92
os fluidos de perforación m%s comunes> son medios de circulación =ue llevan los cortes perforados fuera de debajo de la broca> 8asta el espacio anular y de allí a la superficie. os diversos fluidos =ue son usados en la perforación rotaria son < $ire
- odos en base aceite. )K
A+/ G)2
&iene ventajas económicas usar aire comprimido> gas natural> gas inerte o me'clas de aire y agua en %reas de rocas duras cuando 8ay pocas posibilidades de encontrar grandes cantidades de agua.
V/51)?)2 <
Eata de perforación m%s alta =ue con cual=uier otro fluido de perforación.
<
*%s pies por broca.
<
)ueco de di%metro m%s eacto y menos desviado.
<
+ontinuas pruebas de formación -ecluyendo formaciones a alta presión
<
+ora'onamientos sin contaminación.
<
*ejores trabajos de cementación.
<
*ejores trabajos de completamiento.
<
0in peligro de p"rdidas de circulación.
-
0in afectar los s8ales.
D/2@/51)?)2 < o 8ay propiedades estructurales =ue transporten los cortes de perforación.
33 – 92
<
a me'cla puede ser eplosiva con otros gases.-(osibilidad de eplosiones en fondo e incendio < +orrosión de la tubería. < +ortes muy finamente pulveri'ados y separados irregularmente del fluido. < 0in control de la presión. < 0in &orta de lodo. < Influjo de Fluidos de formación-+reando anillos de lodo y ocasionando pegas < o 8ay efecto de boyancia -incrementando el peso en el ganc8o
- o 8ay enfriamiento ni lubricación. >K E248) ' F*8+('2 A+/)('2. os fluidos en espuma se 8acen inyectando agua y agentes espumantes en el aire o en una corriente de gas para crear una espuma viscosa y estable. &ambi"n puede 8acerse inyectando aire en un lodo con base en gel =ue contenga un agente espumante. a capacidad de transporte de las espumas viscosas depende m%s de la viscosidad =ue de la velocidad anular. os fluidos aireados se 8acen inyectando aire o gas en un lodo con base gel. 0e usan para reducir la presión 8idrost%tica -y así evitando la p"rdida de circulación en presiones con baja presión y para incrementar la rata de penetración.
0K L'('2 /5 B)2/ A:8). os lodos en base agua consisten en una fase continua de agua en la cual est%n suspendidos arcilla y otros sólidos -reactivos e inertes. o m%s usual es agua dulce> se consigue normalmente> es barata y f%cil de controlar aun=ue est" con sólidos> y es el mejor lí=uido para evaluar formaciones. l agua salada se usa en perforación marina dada su f%cil accesibilidad. &ambi"n se usa agua salina saturada para perforar secciones de domos salinos con el fin de estabili'ar la formación y reducir la erosión de las paredes del 8ueco.
34 – 92
os sólidos reactivos son arcillas comerciales =ue incorporan arcillas 8idratables y s8ales de las formaciones perforadas> las cuales est%n suspendidas en la fase agua. stos sólidos pueden ser enri=uecidos aAadi"ndoles arcillas> mejorados a trav"s de tratamientos =uímicos o daAados por contaminación. os 0ólidos inertes son sólidos =uímicamente inactivos> los cuales est%n suspendidos en la fase agua. stos sólidos incluyen sólidos inertes provenientes de la perforación -como cali'a> dolomita y arena y sólidos para controlar la densidad del lodo como barita y galena. $lgunos lodos en base agua pueden ser clasificados como lodos in8ibidos. 0e le aAaden productos =uímicos para evitar =ue s8ales sensibles se 8inc8en en reacción al filtrado> lo cual a la ve' perjudica la permeabilidad de una 'ona productiva con ecesivos depósitos de arcilla. &ambi"n se usan para arcillas =ue se derrumben> en 8ueco estrec8o y en situación de pega de tubería. a sal es un in8ibidor de lodo =ue puede ser usado efectivamente para reducir la reactividad de los s8ales. stos lodos son particularmente efectivos en evitar problemas de perforación asociados a s8ales 8inc8ables. odo nativo es una combinación de sólidos perforados en agua. $ medida =ue continJa la perforación> el lodo es tratado =uímicamente para =ue ad=uiera propiedades especiales.
V/51)?)2 <
*ayor facilidad de perforación cuando se usa agua dulce -a perforabilidad se incrementa con la perdida de agua y con la disminución de densidad y viscosidad < *enos caro =ue los lodos base aceite.
D/2@/51)?)2 < ,aAo potencial a la formación. < 0ujeto a la contaminación. < $fectado adversamente por las altas temperaturas. 35 – 92
(K L'('2 /5 E8*2+5 (/ A0/+1/ stos lodos son lodos en base agua =ue contienen aceite emulsificado disperso o suspendido en una fase continua de agua. os lodos en emulsión son menos costosos =ue los lodos en base aceite> y poseen muc8os de los beneficios de estos.
/K L'('2 /5 B)2/ A0/+1/ os lodos en base aceite consisten en una fase continua de aceite en la cual est%n suspendidos arcilla y otros sólidos. n los lodos de emulsión inversa el agua est% suspendida en una fase continua de aceite. os lodos base aceite son usados en operaciones especiales de perforación> como perforando en temperaturas etremadamente altas> en formaciones muy sensibles al agua donde no se pueden usar lodos en base agua> y en la penetración de 'onas productivas =ue podrían ser daAadas por lodos base agua.
V/51)?)2 < *inimi'a el daAo a la formación < vita la 8idratación de las arcillas. < (rovee mejor lubricación- Eeduce el tor=ue> el arrastre y la pega de tubería < *inimi'a la corrosión de la tubería < stabilidad en altas temperaturas.
D/2@/51)?)2 •
0usceptible a contaminación con agua> aireamiento y espumamiento.
•
Inflamable.
•
0ignificativamente m%s caro =ue los lodos en base agua.
•
nsuciador y peligroso.
•
o amistoso ambientalmente -n caso de derrame y cuando se descarta
36 – 92
n aAos recientes> los aceites minerales 8an ido rempla'ando al petróleo como la base para estos lodos. $un=ue proveen muc8as de las mismas propiedades y ventajas para la perforación> son amistosos con el medio ambiente y con el personal del taladro =ue tiene =ue manejarlo. -,$&$O/> 2??2> p%gs. #<#1
#.= P':)) (/ C)3/9)2 as tuberías de revestimiento se clasifican por la función =ue desempeAan al colocarse en el interior de un po'o> esto es
#.=.% C'5(801') s la primera tubería de revestimiento =ue puede ser 8incada o cementadaR sirve para sentar el primer cabe'al en el cual se instalan las coneiones de circulación del lodo de perforación. s la de mayor di%metro =ue se utili'a en el po'o> pues a trav"s de ella pasan todas las tuberías de revestimiento =ue se utili'an.
#.=.# S84/+0+)* s la tubería =ue sirve para aislar los acuíferos subsuperficiales o someros> así como manifestaciones de gas someros. (rovee e=uipo de flotación> =ue permite reali'ar una buena cementación para continuar la perforación dentro de una 'ona de transición de alta presión. n po'os desviados> la superficie de la tubería debe cubrir toda la sección construida para prevenir derrumbes de la formación durante la perforación profunda.
#.=.; I51//(+) s la tubería =ue aísla 'onas inestables del agujero> 'onas con p"rdida de circulación de baja presión y 'onas de producción. 0e utili'a en la 'ona de transición de presión normal a presión anormal. a cima del cemento de esta tubería debe aislar cual=uier 'ona de 8idrocarburo. $lgunos po'os re=uieren de mJltiples sartas intermedias.
#.=.< D/ /4*'1)0+5
37 – 92
s la tubería =ue aísla 'onas de producción y debe soportar la m%ima presión de fondo de la formación productora> tener resistencia a la corrosión asi como resistir las presiones =ue se manejaran en caso de =ue el po'o se fracture para aumentar su productividad> el bombeo mec%nico -gas lift> la inyección de in8ibidores de aceite. isten tuberías de revestimiento =ue por su condición y objetivo de colocación pueden definirse como <
T8>/9) 0'1) *+5/2K s una sarta de tubería =ue no se etiende a la cabe'a del po'o. n cambio> se sostiene por otra sarta. a tubería corta se usa para reducir costos y mejorar la 8idr%ulica durante perforaciones profundas. a tubería corta puede ser usada tanto en la sarta intermedia como en la de eplotación. a tubería
<
corta es cementada típicamente a lo largo de toda su longitud. C'4*//51' TIE-BACK s una sarta de tubería =ue proporciona integridad al po'o desde la cima de la tubería corta 8asta la superficie. s un refuer'o para la tubería de eplotación. 0i se tienen altas presiones protege de los fluidos corrosivos y refuer'a la tubería de eplotación en caso de =ue se presenten
<
daAos. (uede cementarse parcialmente. C'4*//51' 0'1' STUBK s una sarta de tubería =ue funciona igual =ue el complemento. (roporciona integridad por presión para etender la cima de la tubería corta. (uede cementarse parcialmente.
< S+5 18>/9) (/ 4'(800+5 TUBINGLESSK s una tubería de eplotación =ue se etiende 8asta la superficie y se utili'a como tubería de producción para eplotar los 8idrocarburos. 9er figura 16. -(*D> &uberias> 2??> p%gs. 3<#
38 – 92
FIGURA %& ESUEMA REPRESENTATIVA DEL USO DE LAS TUBERÍAS
F8/51/ [%EME&, 200']
#.=.= S)1) (/ P/')0+5 l objetivo del diseAo de sartas es dar a conocer los diferentes tipos de sartas de perforación programados durante las etapas de perforación y terminación de un po'o. n todo diseAo de sartas se deben considerar las siguientes 8erramientas =ue son fundamentales para la perforación de un po'o> 9er figura 17. <
astrabarrenas -,rill +ollar.
<
stabili'adores.
<
)erramienta permisora -martillo.
FIGURA % SARTA DE PERFORACIÓN
39 – 92
F8/51/ [%EME&, 2002]
<
!unta de seguridad.
<
&ubería pesada -)...
<
&ubería de perforación -&.(..
<
+ombinaciones de enlace.
<
,oble caja liso.
<
,oble caja estabili'ador.
<
9%lvula de seguridad -v%lvula de pie. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. 71
#.=.=.% L)21)>)/5)2 0on tubos de espesor de pared gruesa =ue se utili'an para proporcionar peso a la barrena y rigide' a la sarta de perforación. 0e fabrican con di%metros interiores y eteriores uniformes y roscas de sello. ,e acuerdo a estudios la selección de los lastrabarrenas se encuentra en función del di%metro del agujero y tipo de formación. Ba sea formación blanda o dura. ;no de los factores =ue se deben tomar en cuenta es> =ue a esta 8erramienta se le debe de 40 – 92
proporcionar el apriete adecuado para evitar posibles problemas por un apriete ecesivo. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. 71
#.=.=.# E21)>+*+)('/2 0u función principal es la de mantener la dirección programada del po'o y estabili'adores del mismo evitando el pandeo de la sarta de perforación> ya sea si se va a perforar un po'o vertical o direccional. (ueden ser 8erramientas fabricadas con tres aletas soldadas o integrales.
T+4'2 (/ /21)>+*+)('/2 ,e aletas largas recomendadas para formaciones blandas> con revestimiento de carburo de tugsteno e insertos de carburo de tugsteno. ,e aletas cortas recomendadas para formaciones duras> con revestimiento de carburo de tugsteno e insertos de carburo de tugsteno. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. 71
#.=.=.; T8>/9) P/2)() H..K sta tubería se fabrica con un mayor espesor de pared y uniones especiales etralargas con relación a la tubería de perforación normal. 0u función principal es la de 8acer la transición de esfuer'os entre la tubería de perforación y lastrabarrenas. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. 72
#.=.=.< T8>/9) (/ P/')0+5 T.P.K stos son tubos de acero o aluminio con características especiales usados para transmitir rotación y fluido a la barrena en las operaciones de perforación> terminación y reparación de po'os. 0us principales características son < !untas refor'adas. < Facilidad y rapide' de enroscamiento. < $lto grado de resistencia. 41 – 92
< 0e rigen por normas $(I. os fabricantes de tuberías deben cumplir con las siguientes características <
/rado.
<
*edida -,i%metro.
<
spesor de pared.
<
(eso.
as unidades para estas características son LgKm o lbKpie.
R)5:' 0e clasifican en tres rangos Eango I
17 a 22 pies
Eango II
26 a ? pies
Eango III
37 a 4 pies
+lasificación de tuberías en función a su desgaste <
+lase ueva
<
+lase (remium
<
+lase 2
<
+lase 3
as tuberías se fabrican de diferentes di%metros y la selección depende del tamaAo del agujero.X Eecomendaciones previas al diseAo de la sarta de perforación. +8ecar tablas y programas para tener la siguiente información < tapas> -asentamiento de trs. < (rofundidad -*etros. <
&ubería de (erforación di%metros> grado pesos -LgKm resistencia a la &ensión -Lg> junta y apriete. 42 – 92
< &ubería pesada -). di%metro> peso -LgKm> junta y apriete. < astrabarrenas di%metro> peso -LgKm> junta y apriete. < ,ensidad del fluido de perforación -grKcm3. < 5arrena ,i%metro y tipo. 0eleccionar el margen para jalar. 0e recomienda 4? o ? tons para mayor seguridad en nuestra sarta de perforación. $plicar un 2?C de factor de seguridad a la 8erramienta. stimar el peso sobre barrena m%imo esperado. as fórmulas =ue se aplican es para un diseAo por tensión. n caso de tener una &E corta -liner considerar la profundidad de la boca de liner y calcular las diferentes longitudes de los di%metros de &( a utili'ar.
P'0/(++/51' 4)) 85 D+2/3' (/ S)1) (/ P/')0+5. l ingeniero de diseAo recabara la información previa como < (rofundidad> -*etros. < ,ensidad -grKcc. <
(rofundidad y di%metro de la Jltima &E> -pg. < ,i%metro de barrena. < 0eleccionar la ) por utili'ar y calcular su peso flotado. < 0eleccionar el margen para jalar *O( en -&ons. < +alcular la longitud de la 8erramienta y su peso flotado. < $notar la resistencia a la tensión y su peso ajustado de la tubería a utili'ar. < +alcular la longitud de la primera sección de la tubería de perforación. < 0i la sección calculada no se ajusta a la profundidad programada> anotar en la fórmula de 2 la resistencia a la anterior.
43 – 92
< 0i no se complementa la profundidad programada> se continJa utili'ando tubería con mayor resistencia a la tensión. < +alcular el peso flotado de cada sección y llenar el formato de diseAo. < $rmar la sarta de perforación. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. 72 Formulario P+ = Pf ∗ Pa +f =1−
D" Da
ec. 31 ec. 32
Pt =( D −& )∗2.67
ec. 33
& = √ D − 0.374∗ P,
ec. 34
't = 0.133∗ '∗ P, ( N%e-a a$ 90 . Pre!"%!a$ 70 )
ec. 3
2
2
2
D'5(/ (fS (eso de la sarta de perforación flotada en Lg o tons. (aS (eso de la sarta de perforación en el aire Lg o tons. FfS Factor de flotación sin unidades. ,1S ,ensidad del fluido de perforación en grKcc. ,aS ,ensidad del aceroS6.7 grKcc. (1S (eso de un tubo -para lisa en lbsKpie. ,S ,i%metro eterno en pg. dS ,i%metro interno. EtS Eesistencia a la tensión de la &( en Lg -al 1??C.
44 – 92
P/ M P = + ) S ) L H =
ec. 3#
P!∗ + ) S ) ( P# Vert"ca$ ) +f ∗ P P# D"recc"na$ P!∗ + ) S ) L H = ¿ +f ∗ P∗cos 0
PSB Pe .. Pn= O P n = LH + +f ∗ P +f ∗ P1 2
At =0 ) 7854 ( D −& )
ec. 36
ec. 37
ec. 3: ec. 4?
D'5(/ E S Eesistencia de tensión del material en miles de lbsKpg 2. *p S *%imo peso de la 8erramienta =ue se puede cargar a la barrena en tons. (8 S peso de la 8erramienta flotada en tons. F.0 S Factor de seguridad> 1.1 si es 1C 1.2? si es 2?C. 8 S ongitud de ,.+. o 8erramienta para perforar en m. (m S (eso m%imo =ue se espera darle a la barrena en Lg. ( S peso de los ,.+. en el aire en LgKm. (.0.5.S (eso sobre la barrena> en Lg. (dc S (eso de ,.+. flotado en Lg. (e S peso de &.( etrapesada aplicada a la barrena -(.0.5R peso de los ,.+. en el lodo en Lg. (N S (eso de la &.(. etrapesada en el aire en LgKm. $t S _rea transversal de un tubo en pg 2.
45 – 92
Ne=
Nc∗ Pc Pe
HP∗5250 2 = 'PM L=
40.09∗ P, ∗e 2 2−2 1
ec. 41 ec. 42
ec. 43
' 2 1−( P DC + P H ) 3 ) + M p4 ) L1= P 2P1∗ + f
ec. 44
't 2 − 't 1 L2= P 2P2∗ + f
ec. 4
' t 3 − ' t 2 L3= P 2P3∗ +f
ec. 4#
D'5(/ e S Jmero de tubos e=uivalentes. c S Jmero de tubos conocidos. (c S (eso del tubo conocido -nJmero de tramos conocidos en LgKm o lbsKpie. (e S (eso del tubo del nJmero de tramos conocidos en LgKm o lbsKpie. & S &or=ue aplicado a una &.(. durante la perforación en lbs segunda y tercera sección en m. E1E2E3 S Eesistencia a la tensión del tubo de la primera> segunda y tercera sección en Lg. (tp1(tp2(tp3 S (eso del tubo ajustado en las diferentes secciones en LgKm. *pj S *argen para jalar en Lg. () S (eso de ).. flotado en Lg. 46 – 92
+os S +oseno del %ngulo de inclinación del po'o. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%gs. 73<74
#.6 P':)) (/ B)/5)2 ,urante la planeación de un po'o> se deben seleccionar los tipos de barrenas a usarse de acuerdo a las características de la formación y al diseAo actual =ue se tenga. )oy en dia eisten diversos tipos de barrenas para la perforación de un po'o. ;no de los objetivos en la selección de barrenas es la de reducir los costos de perforación. os nuevos desarrollos en la tecnología de las barrenas así como las bases de datos de barrenas> facilitan la selección de una barrena adecuada a la formación logrando así un mayor nivel de operación. (ara la planeación del programa de barrenas de un po'o a perforarse> se procede como sigue < l ingeniero de diseAo encargado de la planeación del po'o> deber% de llevar a cabo una selección inicial de las barrenas> basado en los objetivos> riesgos y geometría. < fectuar un estudio detallado de los registros de barrenas de los po'os vecinos> para =ue el programa sea un promedio de %rea. < l programa de barrenas y los programas operacionales deber%n de afinarse para lograr =ue el po'o a perforar rebase la operación promedio del %rea. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. :?
#.6.% T+4'2 (/ B)/5)2 n la actualidad eisten diversos tipos de barrenas para la perforación de po'os =ue difieren entre síR ya sea en su estructura de corte o por su sistema de rodamiento. as barrenas se clasifican en < 5arrenas triconicas. < 5arrenas de diamante. 47 – 92
< 5arrenas de diamante policristalino> -(,+. < Factores para la selección de barrenas < ,ure'a y abrasividad de la formacion. < /eometría del po'o. < +ontrol direccional. < 0istema de rotación. < &ipo de fluido de perforación. n la figura 1: se muestra ejemplos de tipos de barrenas.
FIGURA % BARRENAS PDC, DIAMANTE ! BICÉNTRICAS
F8/51/ [%EME&, 2002]
$ctualmente> aun cuando la variedad de barrenas es mayor y el proceso de selección parece ser m%s complicado> aplicando algunos lineamientos se logra
48 – 92
incrementar los ritmos de penetración y obtener a8orros significativos en el costo de perforación.
C*)2++0)0+5 (/ F')0+5. < 0uave. < *edia suave. < *edia. < *edia dura. < ,ura.
T))3' (/ B)/5)2 as barrenas de conos est%n disponibles en cual=uier tipo de diseAo> estructura de corte y sistema de toberas. as barrenas (,+ y de diamante tienen la opción de diseAarse bajo pedido especial.
P)/1'2 (/ O4/)0+5 < (eso sobre la barrena -(05. < 9elocidad de rotación -E(*. < )idr%ulica de perforación. sta selección de par%metros para la optimi'ación de la perforación es una de las partes m%s importantes> y el procedimiento es < 0eleccionar los po'os de desarrollo para la correlación. < Obtener los registros de barrenas de po'os vecinos. < ,eterminar el costo del e=uipo para el po'o planeado. < +alcular los costos de perforación para cada una de las barrenas utili'adas en los po'os de correlación. < 0eleccionar las condiciones =ue dan como resultado el mínimo costo por metro. < (rofundidades> metros. 49 – 92
< ,ensidad> grKcc. < +olumna geológica a perforar. < *etros. < )oras. < (romedio> minutosKmetro. < (05. < E(*. 0eleccionar por etapa los di%metros de barrenas -(g> tipos> -I$,+> toberas> intervalo -metros> gasto> -/alKmin.
#.& P':)) (/ C//51)0+5 0on las operaciones con cemento =ue se efectJan con fines específicos en los po'os petrolerosR se clasifican en < +ementación primaria. < +ementación for'ada. < &apones de cemento. -(*D> Ingenieria de +ementaciones> 2??2> p%g. 4
#.&.% C//51)0+5 P+)+) a cementación primaria es el proceso =ue consiste en colocar cemento en el espacio anular> entre la tubería de revestimiento y la formación epuesta del agujero> asegurando un sello completo y permanente> ver figura 2?.
FIGURA #$ CEMENTACIÓN PRIMARIA
50 – 92
F8/51/: [%EME&, 2002]
Objetivos de las cementaciones primarias < (roporcionar aislamiento entre las 'onas del po'o =ue contienen gas> aceite y agua. < 0oportar el peso de la propia tubería de revestimiento. < Eeducir el proceso corrosivo de la tubería de revestimiento con los fluidos del po'o y con los fluidos inyectados de estimulación. < vitar derrumbes de la pared de formaciones no consolidadas. -(*D> Ingenieria de +ementaciones> 2??2> p%g. 4
#.&.# C//51)0+5 F')() s el proceso =ue consiste en inyectar cemento a presión a trav"s de disparos o ranuras en la tubería de revestimiento al espacio anular. sta es una medida correctiva a una cementación primaria defectuosa.
51 – 92
O>?/1+@'2 (/ *) C//51)0+5 F')() < *ejorar el sello 8idr%ulico entre dos 'onas =ue manejan fluidos. < +orregir la cementación primaria en la boca de una tubería corta> o en la 'apata de una tubería cementada cementada> =ue manifieste ausencia de cemento en la prueba de goteo. < liminar la intrusión de agua al intervalo productor. < Eeducir la relación gas Ingenieria de +ementaciones> 2??2> p%g.
#.&.; T)4'5/2 (/ C//51' os tapones comprenden un cierto volumen de lec8ada de cemento> colocado en el agujero o en el interior de la tubería de revestimiento.
O>?/1+@'2 (/ *'2 T)4'5/2 (/ C//51' < ,esviar la trayectoria del po'o arriba de un pescado o para iniciar la perforación direccional. < &aponar una 'ona del po'o o taponar el po'o. < Eesolver un problema de perdida de circulación en la etapa de perforación. < (roporcionar un amarre en la prueba del po'o.
C//51' P'1*)5( l cemento es una me'cla compleja de cali'a -u otros materiales con alto contenido de carbonato de calcio> sílice> fierro y arilla> molidos y calcinados> =ue al entrar en contacto con el agua forma un cuerpo sólido. sta me'cla de ingredientes se muele> se calcina en 8ornos 8ori'ontales con corriente de aire y se convierte en +linLer> el 52 – 92
cual contiene todos los componentes del cemento> ecepto el sulfato de calcio> =ue se le agrega como ingrediente final.
C*)2++0)0+5 (/ *'2 C//51'2 )K C//51' C*)2/ A ' T+4' I st% diseAado para emplearse a 173? m de profundidad como m%imo> con temperaturas de 66@+> y donde no se re=uieran propiedades especiales.
>K C//51' C*)2/ B ' T+4' II ,iseAado para emplearse 8asta a 173? m de profundidad> con temperatura de 8asta 66@+> y en donde se re=uiere moderada resistencia a los sulfatos.
0K C//51' C*)2/ C ' T+4' III st% diseAado para emplearse 8asta 173? m de profundidad m%imo> con temperatura de 8asta 66@+> donde se re=uiere alta resistencia a la compresión tempranaR se fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos.
(K C//51' C*)2/ D ste cemento se emplea de 173? 8asta 3?? m de profundidad con temperatura de 8asta 11? @+ y presión moderada. 0e fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos.
/K C//51' C*)2/ E ste cemento se usa de 173? 8asta 426? m de profundidad con temperatura de 143@+ y alta presión. 0e fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos.
K C//51' C*)2/ F ste cemento se usa de 3?? 8asta 477? m de profundidad con temperatura de 1#?@+> en donde eista alta presión. 0e fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos.
:K C//51'2 C*)2/ G H +omJnmente conocidos como cementos petroleros son b%sicos para emplearse desde la superficie 8asta 224? m tal como se fabrican. (ueden modificarse con 53 – 92
aceleradores y retardadores para usarlos en un amplio rango de condiciones de presión y temperatura.
K C//51'2 C*)2/ J 0e =uedó en fase de eperimentación y fue diseAado para usarse a temperatura est%tica de 31@F -166@+ de 3##? a 477? metros de profundidad> sin necesidad del empleo de 8arina silica> =ue evite la regresión de la resistencia a la compresión. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%gs. <7
C)*08*' (/* @'*8/5 (/ */0)() 5/0/2)+' 4)) *) '4/)0+5 (/ 0//51)0+5 4+)+). l volumen de la lec8ada es una función directa de la geometría del po'o> del di%metro de la tubería =ue se va a cementar y de la longitud de espacio anular por cubrir. +on el di%metro promedio del po'o> determinado de acuerdo con el punto anterior> y el di%metro eterno de la tubería =ue se va a cementar> se puede calcular la capacidad del espacio anular por unidad de longitud> por medio de la fórmula
[
2
2
]
V$%!en=0.785∗ D A(%4er− D 56t ) 2%7 ∗/
ec. 46
+on la capacidad del espacio anular entre tubería de revestimiento y agujero por unidad de longitud -o cual=uiera de las capacidades =ue a continuación se citan se aplica la siguiente fórmula para determinar el volumen en la longitud =ue se desea cubrir con cemento V$%!en=Capac"&a& 5 ) A ) ¿ ∗ Ln("t%& a c%7r"r ! !
ec. 47
$dem%s se calcula el volumen de lec8ada =ue =ueda dentro de la tubería de revestimiento> del cople a la 'apata> empleando la siguiente formula V$%!en=Capac"&a& ,nter"r 2 ) ' ) ¿ ∗ Ln("t%& entre cp$ e . #apata !
ec. 4:
n muc8os casos> el cemento cubre toda la longitud del agujero y un traslape entre la tubería por cementar y la Jltima tubería de revestimiento cortas en estos casos el 54 – 92
volumen de lec8ada entre tuberías> se debe calcular con el di%metro eterior de la tubería por cementar> con la siguiente formula V$%!en=Capac"&a& eentre t%7er"as ¿ ∗ Ln("t%& a c%7r"r ! !
ec. ?
C)*08*' (/ /78/++/51' (/ )1/+)*/2 V$%!en&e$ec/a&a<
¿
ren&"!"ent <¿ sac N%! ) sacs&e ce!ent=¿
ec. 1
(rincipales formulas empleadas en los c%lculos son 8 =1 ) 7 023∗ N
ec. 2
τ =0 ) 01065∗θ
ec. 3
D'5(/ ` S velocidad de corte> s <1 S 9elocidad del viscometro en rpm V S sfuer'o cortante lbfKpie 2 T S ectura del viscosímetro en grados instrumento. D 5 = D H − D P
ec. 4
D'5(/ ,S diam. )idr%ulico en el anular pg. ,)S diam. ,el agujero o interior de tub et pg. ,(S diam et de tub por cementar pg. -(*D> Ingenieria de +ementaciones> 2??2> p%gs. 3?<33
#. P':)) H+(8*+0' l objetivo principal en el diseAo del programa 8idr%ulico es < Incrementar la velocidad de penetración> derivada de la efectiva limpie'a en el fondo del agujero. 55 – 92
< vitar o disminuir la erosión ecesiva de las paredes del agujero y no provocar derrumbes o deslaves. < +ontrol en las p"rdidas de presión en el sistema de circulación de circulación para evitar variaciones de presión en el agujero por la densidad e=uivalente de circulación> limitar la presión disponible en la barrena y los )( 8idr%ulicos para la circulación.
F)01'/2 I5@'*80)('2 < (eso específico del fluido de perforación -grKcc. < /asto y presión m%ima de bombeo. < ,i%metro de barrenas. < 9elocidad de perforación. < (rofundidad del po'o. < +aracterísticas geom"tricas de la sarta de perforación. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. :2
#..% P)/1'2 H+(8*+0'2 +on el fin de lograr la mayor optimi'ación 8idr%ulica se tienen las siguientes alternativas < Impacto 8idr%ulico. < +aballos de fuer'a 8idr%ulica -)(). < )()Kpg2 en la barrena. < 9elocidad del fluido de perforación en las toberas. < 9elocidad anular optima entre &( y agujero. ;na consideración importante son las propiedades del fluido de perforación en un c%lculo 8idr%ulico. 0i se tienen altas densidades o viscosidades> los efectos sobre las p"rdidas de presión por fricción son altas. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. :3 56 – 92
#..# I4)01' H+(8*+0' Ps= 0.51∗ P! P7=0.49∗ P!
ec. ec. #
D'5(/ (m S (erdida de presión por fricción total en el sistema de circulación -presión de bombeo. (s S (erdida de presión por fricción por el interior y fuera de la sarta de perforación. (b S (erdida de presión por fricción en la barrena. stablece =ue el 1C de la presión limitada en la superficie debe ser para (s y el restante 4:C de la presión disponible se aplica a la barrena. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. :3
#..; C)>)**'2 (/ 8/) +(8*+0'2 Ps= 0 ) 35∗ P!
ec. 6
P7=0 ) 65∗ P!
ec. 7
D'5(/ (m S (erdida de presión por fricción total en el sistema de circulación -presión de bombeo. (s S (erdida de presión por fricción por el interior y fuera de la sarta de perforación. (b S (erdida de presión por fricción en la barrena. n este caso> la presión (m es 3C para (s y el #C restante para la barrena.
57 – 92
l presente par%metro es aplicable cuando la caída de presión por fricción por dentro y fuera de la sarta es baja> por ejemplo al inicio de la perforación. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. :3
#..< V/*'0+()( (/* F*8+(' (/ P/')0+5 /5 *)2 T'>/)2 a velocidad del fluido en las toberas recomendable es de 2?? a 3?? piesKseg. )( 8idr%ulico por pg2 en la barrena -)()Kpg2 -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%g. :3
#..= V/*'0+()( A58*) legir condiciones de flujo y presiones bajas en el espacio anular> de preferencia flujo laminar. ste causa menos lavado y erosión de la pared del po'o> menores p"rdidas de fluido y mejor transporte de los recortes =ue el flujo turbulento.
F*8?' L)+5) P=
V"∗Vp∗ L 27.432∗( Da− Dt )
ec. :
9p∗ L V"∗Vp∗ L + 68.6∗ D" 27.432∗ D" 2
ec. #?
2
5ing8am
F*8?' L)+5) Pa=
Fanning
D'5(/ (aS (erdida de presión en el espacio anular> lbsKpg 2. 9iS 9elocidad del fluido de perforación en el interior de la tubería> piesKmin. 9pS 9iscosidad pl%stica> cps. ,aS ,i%metro del agujero> pg. ,tS ,i%metro de la tubería> pg. ,iS ,i%metro interior> pg. 58 – 92
F*8?' T8>8*/51' 2
D$∗V ∗ L∗f P= 3397 ) 2∗ D"
ec. #1
0mit8 &ool
F*8?' T8>8*/51' P=
-p
(
0 )18
)( )
∗ D" 0) 82∗:1 )82∗ L = Vp0 ) 18∗ D"0 )82∗:1) 82 ∗ L 4 )82 4 )82 700 ) 3 700 ) 3∗ D" D"
ec. #2
0ecurity
F*8?' T8>8*/51' 1.86
D$∗ L∗: P= 4.86 600∗ D"
ec. #3
D'5(/ (S (erdida de presión en &( o ,+> lbsKpg 2. (aS (erdida de presión en el espacio anular> lbsKpg 2. 9iS 9elocidad del fluido de perforación en el interior de la tubería> piesKmin. 9pS 9iscosidad pl%stica> cps. S ongitud de la tubería o espacio anular> m. ,iS ,i%metro interior> pg. 9aS 9elocidad del fluido de perforación en el espacio anular> piesKmin. ,aS ,i%metro del agujero> pg. ,tS ,i%metro de la tubería> pg. S /asto de la bomba> galKmin.
P(+() (/ P/2+5 /5 *) B)/5)
59 – 92
2
P7=
145∗: ∗ D"
ec. #4
4
;
V/*'0+()( (/* F*8+(' (/ P/')0+5 Va=
24.5∗: 2
P7=
Vp=
24.5∗:
D"
ec. ##
1416 D, ∗ Da
ec. #6
0.32 At
ec. #7
500∗V 1.52 + V
ec. #:
2
P7=
V4 =
P7=
ec. #
2
Da − Dt
412.5∗ D, ∗V"∗ D" Vp
ec. 6?
Dt &a −¿
¿ ¿ 2 Vp∗ D" 7 ) 78∗Vp + 7 ) 78∗√ Vp + 77 ) 5 ¿ Vc=¿ 2
D'5(/ (bS (erdida de presión en la barrena> lbsKpg 2. ,IS ,ensidad del fluido de perforación> grKcm 3 ,iS ,i%metro interior> pg. ,tS ,i%metro de la tubería> pg. 9S 9elocidad de penetración> mK8r.
N8/' (/ R/5'*(2 60 – 92
ec. 61
2
∗ D, ∗Va ∗( Da− Dt ) N ' = Vp∗Va + 399∗9p∗( Da− Dt ) 128.9
ec. 62
P'1/50+) :)21' (/ >'>)2 P ) H )=
:&=
P ) B )∗: 1714
ec. 63
( 2∗ D2−& 2 )∗1
ec. 64
148 2
D ∗1 :t = 98
ec. 6
D+/1' (/ 1'>/)2
√
√
D, P7
ec. 6#
√
D, P7
ec. 66
:∗ D, P7
ec. 67
; 1=3 ) 469 :∗
Ats =0.277∗:6
√
; 2= 4 ) 249∗
2
X A 3= 434 ) 6
ec. 6:
2
X A 1= 1303 ) 8
D'5(/ ES umero de Eeynolds> adimensional. ,IS ,ensidad del fluido de perforación> grKcm 3 ,tS ,i%metro de la tubería> pg. !S ,i%metro de las toberas en 32avos. !2S ,i%metro de dos toberas en 32avos. 61 – 92
ec. 7?
dS /asto de una bomba dJple> galKmin -1??C ef. 9ol.. tS /asto de una bomba triple> galKmin. -1??C ef. vol.. $3S _rea de tres toberas iguales> pg 2. $1S _rea de una tobera> pg 2. $tsS _rea de toberas en una barrena (,+> pg2. (bS (erdida de presión en la barrena> lbsKpg 2. S /asto de la bomba> galKmin
C'4'1)+/51' C'52+21/50+) (/ 85 F*8+(' 9p+ 2 Vp 9p + Vp
ec. 71
Lec 600 Lec 300
ec. 72
n =3.32∗log
n =3.32log
< =
5.11 ( 9p + Vp )
ec. 73
n
300
C)9() (/ P/2+5 /5 /* I51/+' (/ T8>/9)
(
n =3.32 log
= =
L600 −G L300 −G
)
L300−G
ec. 74
ec. 7
n
300
1 n
0.123 ¿ 3 n +1 ∗8.13∗n∗¿ n 4
( )
G 2P =
ec. 7#
a=
log ( n )+ 3.93 50
ec. 76
7=
1.75 −log (n ) 7
ec. 77
62 – 92
V"=
(
0.939∗G 2P∗V" θ2P =G+ < D"
24.5
∗:
D "
ec. 7:
2
)
n
ec. :?
0.403∗ D, ∗V " N ' = θ2P
2
ec. :1 N 'C =4270 −1370 ( n )
ec. :2
a f = 7 N '
ec. :3
2
f ∗ D, ∗V , ∗ L P= 3404∗ D"
ec. :4
D'5(/ nS Factor de consistencia> dinas adimensional. ,IS ,ensidad del fluido de perforación> grKcm 3. S /asto de la bomba> galKmin. ,iS ,i%metro interior> pg. S ongitud de la tubería o espacio anular> m.
C)9() (/ P/2+5 /5 /* I51/+' (/ T8>/9) M'(/*' /'*:+0' P*21+0' (/ B+5:)K V"=
24.5∗:
D "
2
ec. :
2
129.9∗ D, ∗V " ∗ D" N ' = Vp∗V" + 399∗ Pc∗ D"
ec. :#
0 ) 56 f D =0 ) 0056 + 0 )32 N '
ec. :6
63 – 92
P=
fc∗ D, ∗V"∗ L 13 ) 588∗ D"
D'5(/ 9cS 9elocidad critica del fluido> piesKmin. 9tS 9elocidad del fluido de perforación en las toberas> pg 2. $tS _rea total de las toberas> pg2. ES umero de Eeynolds> adimensional. 0S Eugosidad absoluta> pulg. pS umero de Eeynolds en fluidos pl%sticos> cps. ogS ogaritmo decimal. FcS Factor de fricción supuesto> adimensional. FsS Factor de fricción supuesto> adimensional. dS /asto de una bomba dJple> galKmin -1??C ef. 9ol.. tS /asto de una bomba triple> galKmin. -1??C ef. vol.. $3S _rea de tres toberas iguales> pg 2. $1S _rea de una tobera> pg 2. $tsS _rea de toberas en una barrena (,+> pg2. (bS (erdida de presión en la barrena> lbsKpg 2. S /asto de la bomba> galKmin. 0rS Eugosidad relativa> adimensional. ec#??S ectura de Fann a #?? rpm. ec3??S ectura de Fann a 3?? rpm. ,S ,i%metro de camisa> pg. dS ,i%metro del v%stago> pg. S +arrera de la bomba> pg. 64 – 92
ec. :7
(5S (resión de la bomba> pg. ()S (otencia 8idr%ulica> )(. (bS (erdida de presión en la barrena> lbsKpg 2. !S ,i%metro de las toberas en 32avos. !2S ,i%metro de dos toberas en 32avos. 91S 9elocidad de c8orro necesario en las toberas> piesKseg. 9S 9elocidad de penetración> mK8r. 9dS 9elocidad de desli' de la partícula> piesKmin. &S &amaAo o di%metro de la partícula> pg. ,pS ,ensidad de la partícula> grKcm 3. -(*D> ,iseAo de perforacion de po'o> 2??2> p%gs. :3<:7
#. NORMAS as normas son un modelo> un patrón> ejemplo o criterio a seguir. ;na norma es una fórmula =ue tiene valor de regla y tiene por finalidad definir las características =ue debe poseer un objeto y los productos =ue 8an de tener una compatibilidad para ser usados a nivel internacional. (ongamos> por ejemplo> el problema =ue ocasiona a muc8os usuarios los distintos modelos de enc8ufes =ue eisten a escala internacional para poder acoplar pe=ueAas m%=uinas de uso personal secadores de cabello> m%=uinas de afeitar> etc. cuando se viaja. a incompatibilidad repercute en muc8os campos. a normali'ación de los productos es> importante. -0ans> 1::7
#..% API $merican (etroleum Institute> conocido comJnmente como $(I> en espaAol Instituto $mericano del (etróleo> es la principal asociación comercial de los . ;;.> representando cerca de 4?? corporaciones implicadas en la producción> el refinamiento> la distribución> y muc8os otros aspectos de la industria del petróleo y del gas natural. sta asociación se refiere a menudo como $OI -en ingl"s> &8e $merican Oil Industry o industria de petróleo americana. as principales funciones 65 – 92
de la asociación a nombre de la industria incluyen la defensa> negociación con las agencias gubernamentales> asuntos legales> y negociación con organismos reguladoresR investigación de efectos económicos> toicológicos> y ambientalesR establecimiento y certificación de los est%ndares de la industria> y programas de acercamiento a la comunidad a trav"s de la educación> para el presente proyecto se usaran las siguientes normas $(I <
$(I E( 6/ para barrenas
<
$(I 135 < 1
<
$(I 135 2 para fluidos
<
$(I 0(+ para tuberías de revestimiento
<
$(I #,
<
$(I #$ para v%lvulas -$(I> 2??:
#..# AUTO CAD $uto+$, es una avan'ada aplicación =ue dispone de 8erramientas =ue permiten trabajar con un elevado nivel de eficacia y productividad. $uto+$, se instala con un $sistente de instalación =ue se inicia autom%ticamente al inse rtar el +, del producto. o 8abitual es poder trabajar con $uto+$, de una forma intuitiva> pero si necesita consultar algJn tema> puede a8orrar tiempo y evitar bJs=uedas frustantes si utili'a el sistema de ayuda para locali'ar la información. l sistema de ayuda est% organi'ado en torno a un diseAo estructurado =ue facilita la ubicación de la información. 9er $neo ,.
66 – 92
CAPITULO ; MARCO PR"CTICO ;.% IDENTIFICACIÓN DE LOS PAR"METROS OPERATIVOS ! LA COLUMNA ESTRATIGR"FICA DEL POZO SBL-6 ! SBL-6D (ara reali'ar la identificación de los par%metros operativos y la columna estratigr%fica> se tendr% =ue ubicar el po'o 05<# y 05<#,> anali'ar la columna estratigr%fica y calcular la altura de los estratos.
;.%.% U>+0)0+5 /* P'' SBL-6 SBL-6D. l campo 0%balo se encuentra locali'ado en el departamento de &arija> provincia /ran +8aco entre las serranías $guarage y +aipipendi de la faja subandina 0ur> a 2? Lilómetros de la ciudad de 9illamontes y 36 Lilómetros de la localidad de (alos 5lancos> como se muestra en la figura 21. ste campo aporta con el 32.6 C de la producción nacional de gas.
67 – 92
FIGURA #% UBICACIÓN DEL CAMPO S"BALO
F8/51/ [Elaboración propia, 2017]
l +ampo 0%balo es uno de los mayores productores de gas cuenta con una planta =ue tiene una capacidad de #6? **pcd. +omo se muestra en la figura 22 a continuación.
68 – 92
FIGURA ## PLANTA S"BALO
F8/51/ laboración propia> en base a /ooge art8> 2?16
n el campo 0%balo se reali'ar% perforación en el po'o 05<# y 05<#,> para ello> con la ayuda del programa /oogle art8 se obtendr% las coordenadas ;&* como se muestra en la tabla 2.
TABLA # COORDENADAS DE LA UBICACIÓN DEL POZO SBL-6 ! SBL-6D COORDENADAS UTM 43.13>#7 m 6.##?.216>:6 m ! F8/51/ [Elaboración propia, 2017]
as coordenadas ;&* indica la ubicación del punto donde se empe'ara la perforacion del po'o 05<# y 05<#, el cual se puede observar en la figura 24. 0e puede observar varios po'os productores en las cercanias del po'o como ser el 05< > 05 05D4> 05<7> 05 05<: y tambien la planta de procesamiento de gas 0abalo. 9er figura 23. 69 – 92
FIGURA #; UBICACIÓN DEL POZO SBL-6 ! SBL-6D
F8/51/ [Elaboración propia, en base a Google Earth, 2017]
;.%.# A5*+2+2 (/ *) C'*85) E21)1+:+0) (/* P'' SBL-6 SBL-6D 0egJn la estratigrafía del po'o 05<# se tienen los siguientes sistemas> formaciones y estructuras como se observa en la tabla 3 para este punto se reali'ara un an%lisis de las formaciones =ue se presentan en el po'o 05<#> posteriormente del po'o 05<#,. l sistema +arbonífero se encuentra en el subandino> varios campos pertenecientes a este sistema son buenas rocas reservorio. 0u característica principal es la de pertenecer a una fase 0ubcontinental con restos de plantas y carbón. n el po'o 05<# presenta la formación &upambi. l sistema ,evónico est% constituido por estratos de origen marino> con contenido de fósiles invertebrados =ue reposan en forma concordante en el silJrico andino. +uenta con las siguientes formaciones. 70 – 92
TABLA ; SECUENCIA ESTRATIGR"FICA DEL POZO SBL-6 SISTEMA ESTRATIGRAFÍA FORMACIÓN LITOLOGÍA
+arbonífero
&upambi
I=uirí
os *onos
)uamampampa
,evónico Icla F8/51/ [Elaboración propia, 2017]
+omo se puede observar en la tabla 3 el po'o 05<# cuenta con cinco formaciones> como ser &upambi> I=uiri> os *onos> )umampampa e Icla> las cuales est%n descritas a continuación.
)KF')0+5 T84)>+ a formación &upambi cuenta con bancos de areniscas> diamictitas grises =ue forman bancos irregulares gruesos intercalados con lutitas pertenece a un ambiente marino de plataforma somera con influencia deltaica. 71 – 92
>K F')0+5 I78++ a formación I=uiri> fase arenosa superior del ,evónico de la Faja 0ubandina del 0ur> =ue apoya en forma concordante sobre los sedimentos de la formación os *onos. itológicamente se 8alla constituida por pa=uetes de areniscas> gris claras y de tonos verdosos> de grano fino bien seleccionado> limpias.
0K F')0+5 L'2 M'5'2 a formación os *onos consiste en es=uistos mic%ceos carbonosos> dele'nables> generalmente de colores oscuros> con capas delgadas de areniscas cuarcíticas en sus pisos superiores.
(K F')0+5 H8))4)4) +onformadas por areniscas agrupadas en tres potentes bancos con características tetoestructurales diferentes. stas areniscas son de coloración gris clara a verdosaR de grano fino a muy fino.
/K F')0+5 I0*) a formación Icla est% compuesta por dos partes> la superior conteniendo nódulos de cali'a de donde proviene la gran cantidad de los fósiles. n el límite superior 8acia las $reniscas )uamampampa se encuentra un banco de menos espesor de cali'as margosas =ue contienen gran cantidad de restos de crinoideos. $ continuación en la figura 24 se puede observar el corte estructural de las diferentes formaciones =ue presenta el po'o 05<#.
FIGURA #< CORTE ESTRUCTURAL DEL POZO SBL-6
72 – 92
F8/51/ [Elaboración propia, en base a %etrobras, 2017]
l po'o 05<#, presenta las siguientes formaciones estratigr%ficas> os *onos y )uamampampa pertenecientes al sistema ,evónico. os cuales est%n descritos a continuación en la tabla 4.
TABLA < SECUENCIA ESTRATIGR"FICA DEL POZO SBL-6D SISTEMA
FORMACIÓN
ESTRATIGRAFÍA
DESCRIPCIÓN +ompuesta es=uistos
os *onos
por micaseos
carbonosos> ,evónico
con
capas delgadas de areniscas. +ompuesta
por
cali'as =ue contienen
)uamampampa
gran
cantidad
de
restos de crinoideos
F8/51/ [Elaboración propia, 2017]
n la figura 2 se puede observar corte estructural de las formaciones =ue atravesara el po'o 05<#,.
FIGURA #= CORTES ESTRUCTURAL DEL POZO SBL-6D
73 – 92
F8/51/: [Elaboración propia, en base a %etrobras, 2017]
;.%.; D+):5'21+0' (/ *)2 A*18)2 (/ *'2 E21)1'2 $ trav"s de po'os cercanos se podr% estimar los topes y bases las distintas formaciones planeadas a travesarse del po'o 05<#> teniendo en cuenta las profundidades de cada estrato =ue se presenta en la formación del po'o> como se observa en la tabla .
TABLA = ALTURA DE LOS ESTRATOS DEL POZO SBL-6
F8/51/ %etrobras
+on las profundidades de las formaciones os *onos y )uamampampa se obtendr% la altura de cada estrato en el po'o 05<#, como se muestra en la tabla #. 74 – 92
as profundidades se obtienen a partir del diagnóstico de la columna estratigr%fica> posteriormente las alturas de los estratos> se obtiene de las diferencias de las profundidades de las formaciones superiores e inferiores. os problemas identificados para la perforación del po'o 05<# y 05<#, a partir del diagnóstico reali'ado a cada una de las formaciones de la columna estratigr%fica se muestra en la tabla 6 y 7 son los siguientes.
TABLA 6 PROBLEMAS PARA LA PERFORACIÓN DEL POZO SBL-6 FORMACIÓN RIESGO CONSECUENCIA MITIGACIÓN &upambi &upambi parte inferior I=uiri parte superior
(erdidas de circulación. (erdidas severas de circulación.
(erdida de lodo.
evantar la 8erramienta y bajar el caudal.
(erdidas de lodo.
+ontar con el adecuado stocL de material de lodo y obturadores de diferente granulometría.
I=uiri
&ensión al levantar la 8erramienta.
,errumbes.
os *onos
(erdidas por permeabilidad. (resión anormal.
,esmoronamiento de la pared del po'o.
os *onos parte inferior.
(erdidas de circulación.
,errumbes.
0tocL adecuado de material obturante de diferente granulometría.
,aAo a la formación.
(erdida de lodo
,ensidad e=uivalente de > a ># lpg
)uamampampa Icla
+ontrol de la densidad del lodo. 5ombeo con píldoras de limpie'a. +arbonato de calcio fino. ,ensidad del lodo 1 lpg por encima de la presión de poro.
F8/51/ [Elaboración propia, en base a %etrobras, 2017]
0egJn la tabla 6 llego a determinar los diferentes problemas para la perforación del po'o 05<#> evidenciado =ue los problemas m%s importante se encuentran en las formaciones I=uiri> os *onos y )uamampampa en los cuales se puede presentar derrumbes.
75 – 92
TABLA & PROBLEMAS PARA LA PERFORACIÓN DEL POZO SBL-6D
base a %etrobras, 2017] F8/51/ [Elaboración propia, en base
n la tabla 7 se determinaron los problemas para la perforación del po'o 05<#,. ,onde el problema m%s importante se encuentra en la formación os *onos blo=ue inferior inferior y )uamampampa )uamampampa debido al %ngulo de desviación donde se reali'ara reali'ara el 0ide &racL con un %ngulo de 67.
;.# ESTABLECER LOS PAR"METROS PARA LA PERFORACIÓN DEL POZO SBL-6 ! SBL-6D 0e establecer% los par%metros para la perforación del po'o 05<# y 05<#,> se tendr% =ue reali'ar el c%lculo de los gradientes de presión y temperatura> determinar las presiones de formación> la presión 8idrost%tica y el tipo de perfil.
;.#.% C*08*' (/ *'2 G)(+/51/2 (/ P/2+5 $ partir de la gr%fica de presión de formación de )uamampampa e Icla ver aneo ane o 5> se obtuvo la tabla :> para reali'ar los c%lculos de gradiente de presión se utili'ar% la ec. 32 de la p%gina 31 como se observa de la siguiente manera. P PG= PV
,onde (/S gradiente de presiónR psiaKm (S presión> 3.71? psia (9S profundidad> 3.:4 m PG=
3.810 Ps"a =0,966 Ps"a / ! 3.945 !
l c%lculo del gradiente de presión se reali'ó para las diferentes profundidades de las formaciones )uamampampa e Icla como se observa en la tabla :.
76 – 92
TABLA GRADIENTE DE PRESIÓN P PV PG 3.71? 3.:4 ?>:#7 3.7? 4.?: ?>:4?2 3.7 4.11? ?>:37? 3.77? 4.2?? ?>:237 3.7:? 4.22 ?>:2?6 3.:1? 4.3?? ?>:?:3 3.:1 4.32? ?>:?#3 3.:2? 4.34? ?>:?32 3.:3? 4.37? ?>7:63 3.:4? 4.42? ?>7:14 3.:4? 4.43? ?>77:4 3.:6? 4.1 ?>76:3 3.:7? 4.3 ?>766# 4.?1? 4.6?? ?>732 4.?#? 4.7: ?>72:4 4.11? .?: ?>7?#6 4.16? .3?? ?>67#7 F8/51/ [Elaboración propia, 2017]
n la tabla 6 se determinaron las presiones de formación 8alladas en las distintas profundidades. n la figura gura 2# se mues muesttra las grad gradie ient ntes es de presi resión ón de las form ormaci aciones ones )uamampampa e icla> como se puede ver el gradiente de presión disminuye a mayor profundidad.
FIGURA #6 GRADIENTE DE PRESIÓN DE LAS LAS FORMACIONES HUAMAMPAMPA E ICLA 6000
5000 Profundidad
Gradiente de Presion Linear (Gradiente de Presion)
4000
3000 0.600
0.700
0.800
0.900
Gradiente de presion
77 – 92
1.000
F8/51/ [Elaboración propia, 2017]
os datos obtenidos del aneo 5> son de una determinada sección de la perforación por tal motivo se reali'aran el estudio de regresión lineal para poder determinar par%metros inferiores y superiores> para ello se utili'a las ec # y 6 de la p%gina 14. 2
> 6 " ¿ 2
n> 6 " − ¿ 2
> 6" > ." − > 6 " > 6 " . "
a=
¿
> 6 " ¿
2
2
7=
n> 6 " −¿ n> 6 " . " − > 6 " > . "
¿
,onde yS(9 -profundidad S(/ -gradiente de presión (ara este punto se utili'ara una tabla para reali'ar los c%lculos correspondientes y así poder obtener los datos re=ueridos. 9er tabla 1?.
TABLA AJUSTE DE LA RECTA DE REGRESIÓN PARA EL GRADIENTE DE PRESIÓN n
Y (PV)
X(PG)
1
3.945
0,966
2
4.095
0,940
3
4.110
0,938
4
4.200
0,924
5
4.225
0,921
6
4.300
0,909
7
4.320
0,906
8
4.340
0,903
9
4.380
0,897
10
4.420
0,891 78 – 92
X*Y
3.810,08 1 3.850,11 9 3.855,18 0 3.879,96 0 3.889,95 8 3.909,99 0 3.915,21 6 3.919,88 8 3.930,17 4 3.939,98 8
X2
0,933 0,884 0,880 0,853 0,848 0,827 0,821 0,816 0,805 0,795
11
4.430
0,889
12
4.515
0,879
13
4.535
0,878
14
4.700
0,853
15
4.895
0,829
16
5.095
0,807
17
5.300
0,787
75.805 15,118 F8/51/ [Elaboración propia, 2017]
3.940,04 2 3.970,04 0 3.979,91 6 4.010,04 0 4.059,91 3 4.110,13 7 4.170,04 0 67140,6 81
0,791 0,773 0,770 0,728 0,688 0,651 0,619 13,481
,espu"s de obtener los datos re=ueridos en la ec. # y 6 se proceden a reali'ar en c%lculo necesario para 8allar los valores de a y b. 2
a=
15.188 ¿ 17∗13,481 −¿ 13,481∗75805−15.118∗67140.681
¿
aS 11.14>63: 2
7=
15.118 ¿ 17∗13.481 −¿ 17∗67140.681−15.118∗75805
¿
bS <6.27>:42 (ara determinar la ecuación lineal se reempla'a los valores a y b en la ec 7 de la pag. 14. a = . −76 ,onde se despeja S -y
S -1??<1114.63:K<627.:42 S1.4#7 0e reali'a los c%lculos para distintas profundidades como se muestra en la tabla 11.
TABLA %$ GRADIENTE DE PRESIÓN PV
PG
PV
100 1,468 2900 200 1,455 3000 300 1,442 3100 400 1,428 3200 500 1,415 3300 600 1,402 3400 700 1,389 3500 800 1,375 3600 900 1,362 3700 1000 1,349 3800 1100 1,336 3900 1200 1,322 4000 1300 1,309 4100 1400 1,296 4200 1500 1,282 4300 1600 1,269 4400 1700 1,256 4500 1800 1,243 4600 1900 1,229 4700 2000 1,216 4800 2100 1,203 4900 2200 1,189 5000 2300 1,176 5100 2400 1,163 5200 2500 1,150 5300 2600 1,136 5400 2800 1,110 5450 F8/51/ [Elaboración propia, 2017]
PG
1,096 1,083 1,070 1,057 1,043 1,030 1,017 1,003 0,990 0,977 0,964 0,950 0,937 0,924 0,910 0,897 0,884 0,871 0,857 0,844 0,831 0,818 0,804 0,791 0,778 0,764 0,758
n la anterior tabla 11 se obtuvo los gradientes de presión a distintas profundidades en el cual se puede observar =ue a mayor profundidad el gradiente de presión disminuye.
80 – 92
;.#.# D/1/+5)0+5 *)2 P/2+'5/2 (/ F')0+5 (/* P'' SBL-6 SBL-6D (ara determinar las presiones de formación se utili'ara los gradientes de presión determinados en la tabla 11> para utili'ar en la ec. P PG= PV
,espejando la presión. (S (/(9 (S1?? m 1>4#7 (S14#>174 psia n la tabla 12 se reali'ar% los c%lculos de las presiones a diferentes profundidades.
TABLA %% PRESIONES DE FORMACIÓN PV
PG
P
PV
PG
100
1,468
146,834
2.900
1,096
200
1,455
291,012
3.000
1,083
300
1,442
432,533
3.100
1,070
500
1,415
3.300
1,043
900
1,362
3.700
0,990
1.000
1,349
3.800
0,977
1.100
1,336
3.900
0,964
1.200
1,322
4.000
0,950
1.300
1,309
4.100
0,937
1.400
1,296
4.200
0,924
1.500
1,282
4.300
0,910
1.600
1,269
4.400
0,897
1.700
1,256
4.500
0,884
1.800
1,243
707,607 1.225,87 6 1.348,80 3 1.469,07 3 1.586,68 6 1.701,64 3 1.813,94 4 1.923,58 8 2.030,57 6 2.134,90 7 2.236,58 2
4.600
0,871
81 – 92
P
3.179,68 1 3.249,47 9 3.316,62 0 3.442,93 3 3.663,68 3 3.712,22 9 3.758,11 9 3.801,35 2 3.841,92 9 3.879,85 0 3.915,11 4 3.947,72 1 3.977,67 3 4.004,96 8
1.900
1,229
2..000
1,216
2.100
1,203
2.200
1,189
2.300
1,176
2.400
1,163
2.500
1,150
2600
1,136
2.335,60 0 2.431,96 2 2.525,66 8 2.616,71 7 2.705,11 0 2.790,84 6 2.873,92 6 2954,34 9 3107,22 7
2800 1,110 F8/51/ [Elaboración propia, 2017]
4.700
0,857
4.800
0,844
4.900
0,831
5.000
0,818
5.100
0,804
5.200
0,791
5.300
0,778
5.400
0,764
5.450
0,758
4.029,60 6 4.051,58 8 4.070,91 3 4.087,58 3 4.101,59 5 4.112,95 1 4.121,65 1 4.127,69 5 4.129,72 0
;.#.; I(/51++0)0+5 (/* F*8+(' (/ P/')0+5 n base a los problemas y las formaciones identificadas en la determinación de las alturas> se proceder% a identificar los fluidos a utili'ar para la perforación del po'o 05<#.
82 – 92
TABLA %# FLUIDO DE PERFORACIÓN SBL-6
F8/51/ laboración propia> en base a (etrobras> 2?16
(ara determinar el fluido de perforación =ue se utili'ara en el po'o 05<#, se reali'ara un an%lisis del tipo de fluido =ue se utili'ara en diferente profundidades mostrado en la tabla 14.
83 – 92
ALTURA
3>32 <>?? m
>?? <>4? m
TABLA %; FLUIDO DE PERFORACIÓN SBL-6D TIPO DE LODO ! PESO DEL LODO DESCRIPCIÓ PROBLEMAS FORMACIÓN 44:K N
mulsión Inversa 11.? < 13.
mulsión Inversa 5if%sico itrogenado 6.
(ara esta fase tambi"n se utili'ar% lodo (osibles O5*. 0e debe p"rdidas de tener especial circulación y al cuidado con el mismo tiempo tema de la formar un buen limpie'a del revo=ue =ue po'o> ya =ue evite el esta fase ser% (egamiento por iniciada con un presión 0idetracL y se diferencial perforar% 8asta llegar a 6#@. sta fase tambi"n ser% perforada con lodo bif%sico -lodo O*5h nitrógeno. 0e debe tener especial cuidado con la limpie'a del po'o.
n función del comportamient o de las maniobras> deber% circularse bac8es viscosos> o programar viajes cortos de calibración.
&upambi
&upambi< I=uiri<os *onos
F8/51/ [Elaboración propia, en base a %etrobras, 2017]
;.#.< D/1/+5)0+5 (/ *) P/2+5 H+('211+0) (/* P'' SBL-6 SBL-6D a presión 8idrost%tica es la fuer'a =ue ejerce el fluido para mantener la estabilidad del po'o y evitar problemas durante las operaciones de perforación
C)*08*' (/ *) P/2+5 H+('211+0) (/* 4'' SBL-6 )K P/2+5 H+('211+0) (/* 4+/ 1)' (ara determinar la presión 8idrost%tica se utili'ara la ec. 3 de la p%gina 31.
84 – 92
P H = ρf ∗0 ) 052∗ PVV
,onde
[lodo S densidad del lodo> 7>7 lpg (99 S profundidad> :# mR 314>:# ft ()S 7>7?>?2314>:# ()S 144>12 psi a presión 8idrost%tica de 144>12 psi significa la fuer'a del fluido con la =ue ejerce fuer'a sobre la pared del po'o para mantener estabili'ada.
>K P/2+5 H+('211+0) (/* 2/:85(' 1)' (ara el c%lculo de la presión 8idrost%tica del primer tramo se tiene los siguientes datos ()S presión 8idrost%tica [lodo S : lpg (99 S 6?4 mR 2.3?:>61 ft Eeempla'ando los valores en la ec. 33. P H = ρf ∗0 ) 052∗ PVV
()S :?>?22.3?:>61 ()S 1.?7?>:2 psi a presión 8idrost%tica de 1.?7?>:2 psi significa la fuer'a del fluido con la =ue ejerce fuer'a sobre la pared del po'o para mantener estabili'ada.
0K P/2+5 H+('211+0) (/* 1/0/ 1)' (ara el c%lculo de la presión 8idrost%tica del primer tramo se tiene los siguientes datos [lodo S 11 lpg 85 – 92
(99 S 7?? mR 2.#24>#6 ft Eeempla'ando los valores en la ec. 33. P H = ρf ∗0 ) 052∗ PVV
()S 11?>?22.#24>#6 ()S 1.?1>31 psi a presión 8idrost%tica de 1.?1>31 psi significa la fuer'a del fluido con la =ue ejerce fuer'a sobre la pared del po'o para mantener estabili'ada.
(K P/2+5 H+('211+0) (/* 08)1' 1)' (ara el c%lculo de la presión 8idrost%tica del primer tramo se tiene los siguientes datos [lodo S 13> lpg (99 S 1.#?? mR .24:>34 ft Eeempla'ando los valores en la ec. 33. P H = ρf ∗0 ? 052∗ PVV
()S 13>?>?2.24:>34 ()S 3.#7>?3 psi a presión 8idrost%tica de 3.#7>?3 psi significa la fuer'a del fluido con la =ue ejerce fuer'a sobre la pared del po'o para mantener estabili'ada.
/K P/2+5 H+('211+0) (/* 78+51' 1)' (ara el c%lculo de la presión 8idrost%tica del primer tramo se tiene los siguientes datos [lodo S 11 lpg 86 – 92
(99 S :? mR 3.11#>6: ft Eeempla'ando los valores en la ec. 33. P H = ρf ∗0 ? 052∗ PVV
()S 11?>?23.11#>6: ()S 1.672>7? psi a presión 8idrost%tica de 1.672>7? psi significa la fuer'a del fluido con la =ue ejerce fuer'a sobre la pared del po'o para mantener estabili'ada.
K P/2+5 H+('211+0) (/* 2/1' 1)' (ara el c%lculo de la presión 8idrost%tica del primer tramo se tiene los siguientes datos [lodo S 6> lpg (99 S 3: mR 1.2:>:3 ft Eeempla'ando los valores en la ec. 33. P H = ρf ∗0 ? 052∗ PVV
()S 6>?>?21.2:>:3 ()S ?>41 psi a presión 8idrost%tica de ?>41 psi significa la fuer'a del fluido con la =ue ejerce fuer'a sobre la pared del po'o para mantener estabili'ada.
:K P/2+5 H+('211+0) (/* 241+' 1)' (ara el c%lculo de la presión 8idrost%tica del primer tramo se tiene los siguientes datos [lodo S 6> lpg 87 – 92
(99 S ? mR 1.###>## ft Eeempla'ando los valores en la ec. 33. P H = ρf ∗0 ? 052∗ PVV
()S 6>?>?21.###>## ()S #4:>:: psi a presión 8idrost%tica de #4:>:: psi significa la fuer'a del fluido con la =ue ejerce fuer'a sobre la pared del po'o para mantener estabili'ada.
C)*08*' (/ *) P/2+5 H+('211+0) (/* 4'' SBL-6D )K P/2+5 H+('211+0) (/* 4+/ 1)' (ara el c%lculo de la presión 8idrost%tica del primer tramo se tiene los siguientes datos [lodo S 11 lpg (99 S ::7 mR 3>264.26 ft Eeempla'ando los valores en la ec. 33. P H = ρf ∗0 ) 052∗ PVV
()S 11?.?23>264.26 ()S 1.762>77 psi a presión 8idrost%tica de 1>762.77 psi significa la fuer'a del fluido con la =ue ejerce fuer'a sobre la pared del po'o para mantener estabili'ada.
>K P/2+5 H+('211+0) (/* 2/:85(' 1)' (ara el c%lculo de la presión 8idrost%tica del primer tramo se tiene los siguientes datos 88 – 92
[lodo S 6> lpg (99 S 1.1?? mR 3.#?7>26 ft Eeempla'ando los valores en la ec. 33. P H = ρf ∗0 ? 05 2∗ PVV
()S 6>?>?23.#?7>26 ()S 1.4?6>22 psi a presión 8idrost%tica de 1.4?6>22 psi significa la fuer'a del fluido con la =ue ejerce fuer'a sobre la pared del po'o para mantener estabili'ada.
;.#.= D/20+40+5 (/* P/+* (/* P'' SBL-6 SBL-6D ,ebido a =ue la perforación del po'o 05<# y 05<#, son po'os direccionales> se reali'ara la descripción de tres tipos de perfiles> como ser po'os tipo X0X> X,efleión $gudaX> ,efleión 0uperficial. (ara describir el tipo de perfil de po'o 05<# y 05<#, se reali'ara un an%lisis de los tipos de perfiles =ue eiste> como se muestra en la tabla 1.
PERFIL
TABLA %< TIPO DE PERFIL DESCRIPCIÓN
89 – 92
TIPO DE PERFIL
C8@) S
D/*/+5 284/+0+)*
P/+* (/ (/*/+'5 ):8()
0e puede interceptar mJltiples 'onas de inter"s. 0e reduce el %ngulo de intersección en el reservorio. +uando se reali'an po'os profundos con un pe=ueAo despla'amiento 8ori'ontal. (o'os profundos con un amplio despla'amiento 8ori'ontal. (o'os moderadamente profundos con un despla'amiento 8ori'ontal moderado> donde no se re=uiere de una caAería intermedia.
(erforación inclinada para perforar desde po'os verticales 8asta po'os de un elevado %ngulo y mayor profundidad.
F8/51/ laboración propia> 2?16
,ebido a =ue el po'o piloto tiene un %ngulo de desviación de 1: se reali'ara la perforación de defleión superficial 8asta una profundidad de ?? m y atravesara las arenas de formación )uamampampa blo=ue medio e inferior> con el cual se podr% complementar el modelo geológico del campo. (ara el po'o 05<#, se reali'ara la perforación de ,efleión $guda> el 0ide &racL tendr% un %ngulo de desviación de 67> 8asta una profundidad de 4? m de profundidad para llegar a las formaciones os *onos blo=ue inferior y )uamampampa
90 – 92
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