barren as

ESCUELA SUPERIOR DE

INGENIERIA Y ARQUITECTURA

UNIDAD TICOMAN

TECNOLOGIA DE PERFORACION DE POZOS.

Ing. Ricardo Espinosa Ramos

FUNDAMENTOS

- Los diferentes tipos de barrenas.

- Sus condiciones de operacin.

- Prediccin de formaciones, geopresiones.

- Seleccin adecuada de los fluidos de perforacin.

- Diseo de tuberas de revestimiento.

- Profundidades de asentamiento.

- Su cementacin.

- Diseo de sartas de perforacin.

- Los mtodos para predecir el comportamiento de las presiones encontradas .

. en los pozos.


TEMARIO

Unidad 1 Factores que afectan a la velocidad de perforacin

Unidad 2 Barrenas

Unidad 3 Geopresiones

Unidad 4 Diseo de sartas de perforacin

Unidad 5 Operaciones de pesca

Unidad 6 Taponamiento parcial de un agujero

Unidad 7 Diseo de tuberas de revestimiento

Unidad 8 Cementacin Primaria


EVALUACION

TECNOLOGIA DE PERFORACION DE POZOS.

PERIODO UNIDADES PORCENTAJES

1 1, 2, 3 Examen 50%, Tareas 30%, Participacin en clase 10%, Exposicin 10%

2 4, 5 , 6 Examen 50%, Tareas 30%, Participacin en clase 10%, Exposicin 10%

3 7, 8 Examen 50%, Tareas 30%, Participacin en clase 10%, Exposicin 10%

Para tener derecho a examen en cada periodo se tuvo que haber asistido puntualmente al 90% mnimo.


OBJETIVO DEL CURSO

Proporcionar al alumno los conocimientos necesarios para que pueda

disear un pozo petrolero utilizando bases tcnicas de perforacin y

posterior poder resolver problemas de terminacin y reparacin de pozos.

1.1

UNIDAD I

Factores que afectan la velocidad de perforacin.

Objetivo de la Unidad:

Conocer e identificar los factores que afectan el ritmo de

perforacin con la intencin de efectuar un anlisis riguroso y

obtener el mnimo costo por metro perforado.

1.1 Generalidades

Conceptos bsicos.

Rendimiento, ROP (mts/hrs) :

El mejor rendimiento es aquel que perfora el pozo en el menor

tiempo posible, lo que significa seleccionar la mejor barrena hacia el tipo

que mas duracin tenga eliminando as el costoso tiempo de viaje.

Pozo Direccional:

Se dice que un pozo es direccional o dirigido cuando intencionalmente se

provoca un ngulo (s) de desviacin para llegar al objetivo.

En un pozo direccional es derminante la correcta seleccin del

tipo de barrena, una ventaja de las barrenas de diamantes en estos casos

es su gran alcance para perforar en sentido horizontal, en general estos

pozos tienen secciones homogneas muy prolongadas.

La densidad de los cortadores, la cantidad de aletas, el control de la

vibracin y el calibre de la barrena son parmetros fundamentales para

aplicaciones direccionales.

Energa Hidrulica o Potencia Hidrulica, HSI (HP/pg2):

Es la energa que proporciona el fluido de perforacin para dar

limpieza y enfriamiento a la barrena. Un ndice de potencia (HSI)

insuficiente afectara el enfriamiento y pueden provocar daos trmicos en

la estructura de los cortadores y la falta de limpieza har que la barrena

se embole.

Formaciones nodulares:

Son aquellas formadas de pirita y conglomerado, donde no se puede utilizar la

mayora de las barrenas de diamante debido al dao por impacto en la

estructura de sus cortadores.

Ampliacin:

Si se programaran mas de dos horas de ampliacin sera importante

considerar una barrena ticnica, el ensanche excesivo puede daan el

calibre de una barrena de diamante porque las cargas se encuentran en una

superficie muy pequea.

Velocidad de rotacin (r.p.m) :

El numero de vueltas que realiza la barrena por minuto indica

tambin los parmetros de vibracin y resistencia al desgaste que se

necesitan para mantener un deterioro parejo en la barrena y prolongar

su duracin.

Las barrenas de diamante se pueden utilizar mejor que las barrenas de

roles a altas velocidades de rotacin.

1.2 Definicin de velocidad de rotacin.

Fluidos de Perforacin:

El tipo y la calidad de estos tienen un efecto importante en el

rendimiento de la barrena. Los de base aceite mejoran el rendimiento de las

estructuras de corte PDC; el rendimiento del diamante natural y del TSP

varia segn la litologa.

El fluido base agua presenta mas problemas de limpieza por la reactividad

de las formaciones.

Los records pueden determinar la variacin y el nivel de efectividad de los

fluidos de perforacin que se usan en el campo.

1.6 Propiedades del Fluido

CIRCUITO_LODO.PPT A. del Alto

1.- Limpiar el fondo del agujero

2.- Enfriar la barrena

3.- Sacar los recortes del agujero

4.- Soportar las paredes del agujero para que no se derrumben

5.- Evitar que fluidos de las formaciones entren al agujero

6.- Transmitir seales a superficie

PROPOSITOS FUNDAMENTALES

DEL FLUIDO DE PERFORACION

LODOS.PPT A. del Alto

LODOS

En las operaciones de perforacin se utilizan cuatro tipos de lodos:

Lodos base agua

Lodos inhibidos

Lodos de bajo contenido de slidos

Lodos base aceite (Emulsin inversa)

LODOS.PPT

LODOS BASE AGUA Los lodos base agua son de dos tipos: cuando de les agregan productos qumicos orgnicos se denominan lodos base agua con dispersantes orgnicos y cuando se les agrega aceite se denominan emulsionados

Los lodos base agua con dispersantes orgnicos son los ms utilizados y se clasifican de acuerdo al dispersante usado en su control. Por esta razn, las caractersticas predominantes en los lodos estn relacionadas al dispersante usado, definindose de la siguiente manera:

Lodos tratados con taninos

Lodos tratados con lignitos

Lodas tratados con lignosulfonatos

Lodos tratados con cromolignosulfonatos


LODOS BASE AGUA

Los lodos base agua emulsionados requieren en su preparacin aceite, diesel o crudo en cantidad de 5 a 10% del volumen total del lodo.

Las ventajas de este tipo de lodo son:

Reducen la torsin y embolamiento de la barrena

Aumentan el avance de la perforacin

Aumentan la vida de la barrena

Previenen pegaduras por presin diferencial

Mejoran el enjarre

Aumentan la lubricidad

Sin embargo tienen desventajas tales como: reducen la densidad, aumentan la viscosidad y reducen el filtrado.


LODOS INHIBIDOS

En algunas operaciones de perforacin los lodos base agua no resultan efectivos, sobre todo cuando se requieren altas densidades sin alterar la viscosidad o gelatinosidad.

En estos casos se recomienda el uso de lodos inhibidos los cuales se clasifican, en general, en: clcicos, base yeso, de agua de mar y de agua saturada de sal.


LODOS INHIBIDOS

Dentro de las ventajas de los lodos inhibidos tanto clcicos como base yeso se puede mencionar que protegen la tubera de perforacin de la corrosin y suprimen la actividad biolgica; sin embargo, tiene como desventaja que tienden a solidificarse a temperaturas de fondo mayores de 120 C.

Los lodos de agua de mar y de agua saturada de sal se usan, generalmente, para evitar problemas de perforacin provocados por presencia de sal en la columna litolgica.


LODOS DE BAJO CONTENIDO DE SOLIDOS

Un lodo de bajo contenido de slidos puede definirse como un lodo de perforacin, terminacin o reparacin que cubre ciertos requisitos de densidad, viscosidad y control de filtracin con un contenido mnimo de arcilla.

Dentro de este tipo de lodos se encuentran los siguientes:

Gomas

Asbestos finamente divididos

Arcilla beneficiada

Combinados (Bentonita prehidratada-Lignosulfonato)

Lodo no dispersivo


LODOS DE BAJO CONTENIDO DE SOLIDOS

En reas donde este tipo de lodos es aplicable, se obtienen grandes ahorros por:

Aumento en el grado de penetracin

Aumento en la vida de la barrena

Mejor estabilidad del agujero

Sin embargo, el uso de este tipo de lodos es delicado por lo que deben tomarse cuidados como son: reducir el uso de bentonita para controlar la viscosidad y filtrado, controlar el filtrado con polmeros orgnicos, usar un vibrador de doble malla para una mejor eliminacin del recorte y funcionamiento ptimo del eliminador de slidos.


LODOS BASE ACEITE

El trmino Lodo Base Aceite se refiere tradicionalmente a lodos preparados en aceite con un porcentaje de 1 a 5% de volumen de agua mientras que el concepto Emulsin Inversa se usa para designar un lodo con ms de 5% de volumen de agua

Existen diversas aplicaciones para este tipo de lodos como son:

Proteccin de arenas productoras

Perforacin de lutitas sensibles al agua

Perforacin en agujeros con altas temperaturas

Perforacin de formaciones solubles

Baches para liberar tubera pegada por presin diferencial


REOLOGIA DE LODOS

Las caractersticas reolgicas de los fluidos de perforacin se refieren al anlisis necesario que hay que efectuar al lodo para conocer las condiciones del mismo.

Dichas caractersticas son fijadas de antemano, dependiendo del tipo de roca que se va a perforar y las posibles presiones de un probable yacimiento que pudiera cortarse con la barrena.

Con base en lo anterior, para cada etapa de perforacin se considera determinado tipo y caractersticas de lodo.


REOLOGIA DE LODOS

Las principales caractersticas reolgicas a considerar son las siguientes:

Tipo de lodo

Densidad (se mide en gr/cm3)

Viscosidad (se mide en segundos)

Salinidad (se mide en ppm de cloruros)

Potencial hidrgeno (pH)

Filtrado

1.7 Hidrulica


EL SISTEMA DE CIRCULACION DEL LODO

Una de las caractersticas esenciales de un sistema de perforacin rotatorio es el sistema de circulacin, tambin conocido como el sistema de lodo.

Para que un sistema de perforacin rotatorio pueda funcionar, es indispensable circular fluido a travs de la sarta de perforacin y por el espacio anular entre la sarta de perforacin y la pared del agujero o la tubera de revestimiento.


Esquema generalizado del ciclo de lodo en un pozo

POLEA VIAJERA

SWIVEL

FLECHA O KELLY

MESA ROTARIA

LINEA DE FLUJO

TEMBLORINA

PRESAS DE LODO

BOMBA DE LODO

MANGUERA DE LA FLECHA

TUBO REGULADOR

BARRENA

TUBERIA DE PERFORACION

ESPACIO ANULAR

Presas de lodo CIRCUITO_LODO.PPT

A. del Alto

Ensamblaje de las bombas de lodo

A. del Alto CIRCUITO_LODO.PPT


Espacio anular

Recorte

Jet o tobera

Salida del lodo

Roca

Detalle de la barrena al estar perforando


Vista de la temblorina, que es donde se colectan las muestras de canal

1.8 Barrena

Es la herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la sarta de

perforacin, utilizada para cortar o triturar la formacin durante el

proceso de la perforacin.

Su funcin es remover la roca y los recortes de est mediante el vencimiento de su

esfuerzo de corte, o bien, removerla mediante el vencimiento de su esfuerzo de

compresin.

Peso sobre la barrena (PSB), en libras o toneladas :

Cuando existen situaciones limitadas de peso sobre la

barrena, una estructura de corte eficiente como PDC ofrece mayor

ritmo de penetracin (ROP) que una barrena de roles.

1.9 Peso sobre la barrena y velocidad de rotacin.

Velocidad de rotacin (r.p.m) :

El numero de vueltas que realiza la barrena por minuto indica

tambin los parmetros de vibracin y resistencia al desgaste que se

necesitan para mantener un deterioro parejo en la barrena y prolongar

su duracin.

Las barrenas de diamante se pueden utilizar mejor que las barrenas de

roles a altas velocidades de rotacin.

UNIDAD 2 Barrenas

O diamantes policristalinas trmicamente

estables (TSP), o diamante natural.

2.1 Tipos y aplicacin de barrenas

En General adicionar las especiales.

Barrenas Especiales.

Barrenas Desviadoras (Chorro o Side Track)

Barrenas Monoconicas

Barrenas Especiales (Ampliadoras, Cortar TR, . dimetros ultra grandes o ultra pequeos con TF,

. bicentricas)

Su funcin es remover la roca y los recortes de est mediante el

vencimiento de su esfuerzo de corte, o bien, removerla

mediante el vencimiento de su esfuerzo de compresin.

2.2 Funcin de la barrena

2.3 Aplicaciones

Pozos de agua

Pozos de vapor agua (geotrmicos)

Pozos de petrleo

1

DIENTES FRESADOS

2

3

2.4 Caractersticas de las barrenas en general.

Rodillos

Balines

2.6 Clasificacin de las barrenas Cdigo I.A.D.C

Mtodos tcnicos prcticos de seleccin.

Costo por metro

Resistencia compresiva uniaxial

Registros Snicos

Resistencia Compresiva Roca suave

No abrasiva

Poco Consolidada

0- 3000 psi.

LUTITA GUMBO

ARCILLA

ARENA

Roca de Baja

Resistencia Compresiva

Arcilla Reactiva

3000-5000 psi

SAL

ARENISCA

ANHIDRITA

Roca Media Suave

Lutitas Poco Reactivas

Intercalaciones Duras

5000-9000 psi

SAL

ARENISCA

ANHIDRITA

Roca Media

Lutitas no Reactivas

Intercalaciones Duras

9000-14000 psi

CALIZA

LITITAS

ARENISCA ABRASIVA

Roca Dura

Alta Resistencia Compresiva

Baja Perforabilidad

14000-20000 psi

DOLOMITA

CALIZA

PEDERNAL

REGISTROS SONICOS:

Se basan en el conocimiento del contenido de arcilla de la formacin.

En las propiedades mecnicas de la roca:

- Relacin de Poisson

- Modulo de Young

- Mdulo de cizallamiento

- Mdulo volumtrico

- Modulo de compresibilidad

- Compresibilidad de la roca

- Constante elstica de Biot

- Angulo de friccin interna

- Resistencia compresiva

Procesado de registros (CNL; DSI, etc)

Tarea: Hacer presentacin en power

point, definiendo breve y concreto

cada concepto, su ecuacin y un

grfico explicativo.

Elctrica

Potencial Espontaneo

Temperatura

Presin

Flujo

Radioactividad Natural

Geometra

Sonido

Induccin magntica

Radioactiva

Resistividad

Potencial elctrico

Temperatura

Presin

Flujo

Emisin

radioactiva natural

Calibracin

Ecos y velocidad

del sonido

Magnetismo

Reaccin a

radioactividad

Salinidad,

saturacin de fluidos

Formaciones porosas

Temperatura

de formacin

Presin de formacin

e hidrosttica

Movimiento de fluidos

Tipo de formacin

Condiciones de agujero

Densidad de formacin

y porosidad

Tipo de fluidos

de formacin

Porosidad y cantidad

radicales hidrgeno

Medicin Parmetro Inferencias

principales

Registros geofsicos utilizados para la seleccin de barrenas.

Registro snico:

Mide la propagacin de onda acstica a travs de la formacin. La onda la

genera un transmisor situado en la herramienta, mientras que un receptor en la

misma herramienta calcula el tiempo de desplazamiento.

Mientras ms corto sea el tiempo entre la emisin y la recepcin de onda, ms

densa es la formacin.

Registro de neutrones:

Mide la capacidad de las formaciones para atenuar los flujos de neutrones.

Puesto que la masa atmica est muy cercana al hidrgeno, los neutrones

no pueden fluir fcilmente a travs de formaciones que tengan alto contenido

de hidrgeno, lo cual permite ser medido este en la formacin.

Una formacin con alto contenido de hidrgeno, tendr baja capcidad de

flujo de neutrones computando alta porosidad de formacin.

Registro de rayos gamma:

Detecta el grado de radiacin gamma natural que emiten las formaciones.

Permitiendo identificar los intervalos de lutita que emiten altos niveles de

radiacin.

El registro diferencia las lutitas de las areniscas y de los carbonatos y es lo

bastante preciso para detectar lechos delgados de lutitas y arcillas.

Rayos gamma, radiacin electromagntica de altsima energa producida por procesos sub-atmicos

desexitantes.

Minerales

RAYOS

Alfa

Beta

Gamma

Tienen influencia de campos electricos

y magneticos

No tienen carga y masa.

Registro de densidad:

Mide la densidad en masa de la formacin. La herramienta contiene una fuente

de rayos gamma y algunos detectores. Formaciones de baja porosidad

dispersan los rayos gamma, siendo muy pocas las que se detectan en la

herramienta. Formaciones de alta porosidad dispersaran mucho menos los rayos

gamma, por lo que una mayor cantidad es detectada.

Baja Porosidad, dispersan muy bien los rayos, por lo tanto se detectan de

regreso a la herramienta muy pocos.

Alta Porosidad, dispersan en menor grado los rayos, por lo tanto de regreso a la

herramienta una mayor cantidad.

Incluye todos los cdigos necesarios para analizar el desgaste en

barrenas ticnicas o de cortadores fijos.

IADC

HILERA

INTERIOR

HILERA

EXTERIOR

CARACTERISTICAS

DE

DESGASTE

UBICACION SELLOS DEL

COJINETE

CALIBRE

1/16

TRAS

CARACTERISTICAS

RAZON

SALIDA

La tabla describe 8 factores. Las primeras cuatro describen la Estructura de Corte. La quinta columna se refiere a los sellos del cojinete y no es aplicable a

trpanos de cortadores fijos, entonces se marcara X.

La columna sexta se refiere a la Medida del Calibre

x

1 2 3 4 5 6 7 8

2.5 Evaluacin del desgaste de las barrenas ticnicas, PDC y TSP.

Hileras Interiores y exteriores, se

utiliza una escala de 0 a 8, para

indicar la cantidad de desgaste, el

cero indica sin desgaste y el ocho

que ya no quedo cortador en

condiciones. Por lo que un 4 indicara

un desgaste del 50%. AREA INTERIOR

2/3 RADIO

AREA EXTERIOR

1/3 RADIO

AREA INTERIOR

2/3 RADIO

4+3+2+1+0

5

= 2

AREA EXTERIOR

1/3 RADIO

5+6+7

3

= 6

La 3 y 7 columna son para anotar

las caractersticas de desgaste de la

barrena, o sea los cambios fsicos

mas notorios.

WT RO

Si no hay caractersticas de desgaste en

estas columnas (3 Y 7) anotar NO

EJEMPLOS.

EJEMPLOS:

La columna 6 se utiliza para

registrar la condicin del calibre,

se debe registrar con 1 si permanece en calibre, de lo

contrario utilizar tabla siguiente :

La columna ltima, se utiliza para

registrar la razn de salida, apoyarse

en los cdigos de la siguiente tabla:

EXEMPLO TIPO EXAMEN:

La barrena R43GN se utilizo para perforar

horizontalmente en arcilla con un motor de

fondo 6 manteniendo un ngulo fijo, perforando 118 m en 8.5 hrs y fue sacado a

1433 m al terminar esa etapa.

Luego de observar la barrena no se

observ ningn desgaste, posterior se

corri nuevamente en otro pozo del mismo

yacimiento, perforando 218 m en 13.5 hrs

teniendo que salir para cambiar el

ensamble de fondo.

Determine la penetracin y el desgaste

para cada caso ?

ROP = 118 m / 8.5 hrs = 13.9 m/hra

ROP = 218 m / 13.5 hrs = 16.2 m/hra

No hubo desgaste alguno en todas las reas de su estructura de corte, salio a calibre y

salio por ser su profundidad final.

Hubo poco desgaste en la estructura de corte, prdida de cortadores (LT), desgaste en

todas las reas (A) por erosin (ER), saliendo a calibre (1), sacando la misma por

cambio de ensamble de fondo (BHA).

reologa y filtrado.

2.7 Ecuaciones del costo de la perforacin.

COSTO POR METRO

t

2.7.1 Costo Fijo

2.7.2 Costo de rotacin

2.7.3 Comportamiento del costo

x

t

TAREA:

El pozo Sinan 53 se perforo de 1000 a 2200 m en 6.2 das en su segunda

etapa con una bna PDC de 12 con un valor de 3.3 millones de pesos, y un equipo A/E con un precio de renta de $ 490,000 pesos por da.

Determinar el costo por metro, el costo fijo, el costo rotacional y el costo

total por la etapa. Grafique para la etapa haciendo las consideraciones

lgicas pertinentes y explique cada una de ellas.

Nota: Considere una prdida de 45 m3 de lodo y 3 minutos por cada

conexin.

PROYECTO OPCIONAL (3 ptos) totales en el perodo :

Realizar un programa en Excel u otro , en el que se puedan determinar

todos los costos y se grafique para cada etapa.

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