Sistema de monitoreo 9.1 Introducción Las consideraciones de seguridad y eficiencia requieren de constante monitoreo del pozo para detectar de manera rápida problemas en la la perforación. Los equipos muestran y registran parámetros tales como la produndidad, la tasa de penetración, carga en el gancho, velocidad rotaria,torque, tasa de bombeo , presión de bombeo, densidad y temperatura del lodo,contenido de gas en el lodo y tasa de flujo de lodo. Además de ayudar al perforador en la detección de problemas , el buen b uen registro de varios aspectos del proceso de perforación puede ser útil para el personal de ingeniería,geología y supervisión. Recientemente han aparecido avances significativos en el monitoreo de pozos subsuperficial y sistemas de telemetría de datos. Estos sistemas son especialmente utiles en monitorear la dirección del hueco en pozos no verticales. 9.1.1 Curvas de penetración Las curvas de penetración comúnmente usadas son aquellas que establecen la tasa de perforación es decir cuántos pies a penetrado el trepano en un determinado tiempo. Existen distintas graficas de curvas de penetración las cuales están definidas en una relación “ tasa de penetración vs Factores que afectan al tiempo de perforación”, la tasa de penetración esta medida en pies por hora y los factores que afectan el tiempo de perforación son el tipo de barrena, los parámetros de formación, las propiedades del lodo, etc.
Las graficas son presentadas a continuación:
9.2 Registrador de perforación 9.2.1 Logging 9.2.2 Testing 9.2.3 Medidores de flujo 9.3 Parametros de perforación
Los parámetros que controlan el proceso de perforación pueden agruparse de la siguiente forma: Parámetros relacionados con el equipo, tales como la máquina, la sarta de perforación, o la corona. Parámetros relacionados con el proceso de perforación, como la presión sobre la corona, la velocidad de rotación, las propiedades del fluido de perforación y su velocidad de circulación. Parámetros relacionados con la respuesta del terreno: velocidad de penetración, par de rotación y presión de fluido. Para unas condiciones de perforación dadas, estos parámetros dependen únicamente de las características del terreno.
El registro de estos parámetros, puede llevarse a cabo mediante mecanismos de tipo analógico o digitales. Los primeros, pueden registrar cuatro parámetros y proporcionan una única salida gráfica en papel. Los aparatos digitales, presentan numerosas ventajas ya que pueden registrar más parámetros con una mayor precisión, y las medidas se obtienen en formato digital por lo que los datos pueden tratarse posteriormente de forma matemática o estadística. Los parámetros registrados por los principales aparatos son los siguientes:
Presión de fluido (Pf) Par de rotación (T) Presión sobre la corona (F) Velocidad de rotación (N) Velocidad de penetración (V) Fuerza de retención (Fr) Vibraciones en la sarta de perforación Tiempo por cada 5 mm de penetración (t)
Las medidas obtenidas varían con el equipo de perforación y la forma de utilizarlo, por lo que es necesario estandarizar el proceso de investigación, manteniendo lo más constante posible, la presión de fluido, velocidad de rotación y presión sobre la corona, durante la perforación. Cuando estos parámetros se mantienen constantes, el estudio de la velocidad de penetración permite detectar cambios en la litología y
compacidad de la roca, o la presencia de alguna anomalía como cavidades o fracturas. 9.4
Acumuladores de aire comprimido
9.5
MWD
O por sus siglas en ingles “Measure while drilling” que en español significan medir mientras se perfora. MWD es un sistema desarrollado para realizan medidas relacionadas a la perforación en el fondo de pozo, las cuales son transmitidas a superficie mientras se perfora el pozo. Los Equipos de MWD son instalados como parte del arreglo de fondo cerca al trepano, estos están contenidos usualmente en un portamechas. Los sistemas MWD pueden tomar distintas medidas como el Azimut, la dirección a la cual apunta tu trepano, la presión de fondo, el torque,etc. Estos datos son almacenados en las mismas herramientas de MWD y algunos datos son transmitidos a superficie mediante la telemetría de pulso de lodo o frecuencia electromagnética. 9.5.1 Tipos de información transmitida Información de dirección
Los equipos MDW son capaces de tomar la dirección del trepano en tiempo real a través de acelerómetros y magnetómetros que miden la inclinación y el azimut del pozo en un determinado punto. A través de una serie de datos de inclinación y azimut con intervalos de aproximadamente 30 pies podemos determinar la ubicación del fondo de pozo. Información de Parámetros de perforación
El MWD también puede proveer información respecto a las condiciones de la sarta, como ser: Velocidad de rotación Tipo y severidad de cualquier vibración en el pozo Temperatura de fondo de pozo Torque y peso en la sarta Volumen de flujo de lodo “Ligereza ” de la rotación
El uso de esta información permite al operador realizar una perforación mas eficiente y se asegura de que las herramientas de fondo de pozo estén operando dentro de sus especificaciones técnicas para prevenir fallas en las mismas. Propiedades de la formación
Muchos equipos de MWD conjuntamente con equipos de LWD(Logging while drilling) pueden tomar medidas de las propiedades de formación. El LWD toma una serie de datos de las características geológicas tales como densidad, porosidad resistividad y presión de formación; mientras que el MWD se encarga de transmitir esos datos a superficie mientras se perfora el pozo, facilitando la perforación direccional.
9.6
Factores que influyen en el tiempo de perforación Los factores que influyen en el tiempo de perforación son:
9.7
Tipo de Trepano Caracteristicas de la formación Propiedades del fluido de perforación Condiciones a las que se opera Desgaste del Trepano Hidraulica del Trepano
Usos del tiempo de perforación
9.8
Exponente “D” Durante el proceso de perforación y bajo las mismas condiciones, la velocidad de rotación normalmente, disminuye con la profundidad. Existe una relación inversamente proporcional entre la tasa de penetración y la presión diferencial (la diferencia de presión entre el fluido de perforación y el material atravesado). La velocidad de penetración se reduce considerablemente cuando la presión de fluido aumenta. La presión diferencial total aumentará con la profundidad y la velocidad de penetración debería disminuir para una material sometido a una presión intersticial normal. Sin embargo, considerando la perforación de un mismo material bajo unas mismas condiciones, cuando se atraviesa una capa sometida a una sobrepresión, la presión del material se incrementa, y la presión diferencial se reduce, mejorando con ello la tasa de penetración. Por ello, el conocimiento de la relación existente entre la velocidad de penetración y la presión diferencial existente entre el fluido y la formación pude ser de gran utilidad para: Mantener una presión diferencial mínima y por tanto mejorar la eficiencia de la perforación. Detectar formaciones con sobrepresión durante la perforación.
Estudios anteriores demuestran que existe, como se ha dicho anteriormente una relación, bajo condiciones constantes, entre la presión diferencial y la velocidad de penetración. Bingham (1965) propuso una ecuación que relaciona la velocidad de penetración, el peso sobre la corona, la velocidad de rotación y el diámetro de perforación:
()
Donde, V es la velocidad de penetración (m/s), N es la velocidad de rotación (rps), W es el peso sobre la corona (kN) y D es el diámetro de perforación. a y d son parámetros adimensionales; a es un parámetro empírico relacionado con
la resistencia y constante para cada material y d es un exponente que hace referencia a la facilidad con que el material es perforado. Jordan y Shirley (1966) resolvieron la ecuación mostrada anteriormente, para d, de la siguiente forma:
V = velocidad de penetración (m/s) N = velocidad de rotación (rps) W = peso sobre la corona (kN) D = diámetro de perforación (m)
9.9 Errores y sensitividad 9.10 Conclusiones El sistema de monitoreo permite al perforador obtener datos acerca de la sarta, propiedades la formación, dirección del trepano, etc.
La perforación puede ser demorada por factores como el tipo de trepano las propiedades del fluido de perforación, el desgaste del trepano, condiciones a las que se opera y la hidráulica del trepano.
El exponente “D” es un parámetro que sirve para relacionar la velocidad de penetración,el peso sobre la corona, la velocidad de rotación y el diámetro de perforación, hace referencia a la facilidad con la cual el material es perforado. El MWD es un sistema que permite al perforador obtener información de la sarta y la formación en tiempo real, es decir mientras se perfora. Los parámetros de perforación son medidas que permiten al perforador evaluar a la perforación, los parámetros de perforación son los siguientes:
o o o o o o o o
Presión de fluido (Pf) Par de rotación (T) Presión sobre la corona (F) Velocidad de rotación (N) Velocidad de penetración (V) Fuerza de retención (Fr) Vibraciones en la sarta de perforación Tiempo por cada 5 mm de penetración (t)
