TECNOLOGÍA DE LA PERFORACIÓN
Introducción
Durante mucho tiempo, la Industria Petrolera consideró a la Perforación de Pozos como un “arte” o labor artesanal y no como una ingeniería.
En los inicios de la perforación esto era justificable, a partir de los 40´s se desarrolla la Tecnología de la Perforación de Pozos en forma acelerada (desarrollo, investigación, modernización, etc.).
Para tener el estado actual de desarrollo se incorporan varias ramas de la ingeniería petrolera generando la tecnología propia de perforación, haciendo más que nunca verdadera ingeniería.
Lo anterior no significa que el arte involucrado haya dejado de existir, sino que se ha conjuntado dentro de las diferentes disciplinas de ingeniería (León Loya).
Objetivo de la Tecnología de Perforación:
Lograr perforar pozos petroleros en forma eficiente, segura, económica y que permita la explotación adecuada de los hidrocarburos.
Objetivo de la Optimización de la Perforación:
Incrementar la eficiencia de las operaciones involucradas en la perforación de Pozos.
Introducción
TECNOLOGÍA DE LA PERFORACIÓN
TECNOLOGÍA DE LA PERFORACIÓN
Introducción
La operación de perforación, puede ser definida tan simple como el proceso de hacer UN AGUJERO, sin embargo es una tarea bastante compleja y delicada, por lo que debe ser planeada y ejecutada de tal manera que sea efectuada en forma segura, eficiente y produzca un pozo económico y útil.
Las prácticas y procedimientos empleados durante el diseño y la operación del pozo, son determinadas usualmente por prácticas comunes y costumbres en el área, experiencia y habilidad del personal, procedimientos y políticas de la empresa.
Todo esto debe ser revisado, estudiado y comprendido por todo el personal, a fin de cumplir con los objetivos esperados.
La seguridad del pozo (personal, instalaciones y medio ambiente), es un factor de primordial importancia.
Máquina de vapor, energía más utilizada.
Equipo rudimentario, torres de madera.
Principio de la perforación rotatoria.
Primeras trépanos de conos (Sharp & Hughes 1908).
Diseños de TR y cementaciones (Halliburton 1904).
Primeras bombas de lodos (1910).
Fluidos de perforación (Nat. Lead Co. 1914).
En México se perforó el pozo La Pez No.1 (1904).
DESARROLLO DE LA PERFORACIÓN ROTATORIA
PERIODO DE ORIGEN(1888-1928)
TECNOLOGÍA DE LA PERFORACIÓN
Equipos de perforación de mayor potencia
Mejores diseños de trépanos
En Alemania (1935) se fabrican las primeras trépanos con carburo de tungsteno.
Prácticas de cementación mejoradas.
Uso de bentonita en los fluidos de perforación (1935)
Fluidos especiales
DESARROLLO DE LA PERFORACIÓN ROTATORIA
PERIODO DE DESARROLLO (1928-1948)
TECNOLOGÍA DE LA PERFORACIÓN
Logro principal, el incremento de la perforación (31,000 pies en 1974, en EUA)
Investigación sobre la perforación
Introducción de la hidráulica de la perforación
Mejoramiento en la trépanos
Inicio de la perforación automatizada
Inicio de la tecnología de fluidos de perforación
Se introducen las turbinas en la perforación
DESARROLLO DE LA PERFORACIÓN ROTATORIA
PERIODO CIENTÍFICO (1948-1968)
TECNOLOGÍA DE LA PERFORACIÓN
Se incrementa la profundidad y velocidad de perforación
Se introduce el motor de fondo
Automatización del equipo y manejo del fluido de perforación
Control de las variables de perforación
Planeación de la perforación
En los fluidos se incorporan los polímeros, nuevos productos químicos, aditivos, etc.
Se aplica la tecnología por computadoras
DESARROLLO DE LA PERFORACIÓN ROTATORIA
PERIODO AUTOMATIZACIÓN (1968-1995)
TECNOLOGÍA DE LA PERFORACIÓN
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DESARROLLO DE LA PERFORACIÓN ROTATORIA
PERIODO ¿ROBOTICA? (1995-…)
TECNOLOGÍA DE LA PERFORACIÓN
TECNOLOGÍA DE LA PERFORACIÓN
Proceso de la Perforación Rotatoria
El proceso de perforación rotatoria consiste en perforar un agujero mediante la aplicación de movimiento rotatorio y una fuerza de empuje a un elemento de corte denominado trepano que ataca a la roca convirtiéndola en ripios (recortes).
El movimiento rotatorio se genera en la superficie y se transmite a la trepano por medio de la sarta de perforación o en forma hidráulica accionando un motor de fondo conectado a la trepano.
La fuerza de empuje se genera con el peso mismo de la sarta de perforación (aparejo de fondo).
Los ripios son sacados del pozo mediante la circulación de un fluido el cual se inyecta por el interior de los tubos y se regresa por el espacio anular. En la superficie son separados del fluido.
Componentes del Sistema de Perforación Rotatoria (equipo convencional)
TECNOLOGÍA DE LA PERFORACIÓN
Sistema de izaje
Sistema circulatorio
Sistema rotatorio
Sistema de control
Sistema de monitoreo
Esquema de un sistema de perforación rotatoria convencional
SISTEMA DE IZAJE
Función:
Aportar los medios para levantar y bajar la sarta de perforación, revestimiento y otros equipos subsuperficiales, para realizar conexiones y viajes.
Componentes:
Torre (mástil) y subestructura.
Bloque viajero y polipasto.
Malacate.
SISTEMA DE PERFORACIÓN ROTATORIA
Componentes (equipo convencional)
Torre ó mástil. Aporta la altura vertical (y el soporte) requerido para levantar secciones de tubería del pozo o hacia el pozo. La longitud más común es de 27 a 30 pies (9 m), lo correspondiente a la altura de una “lingada” o tres tubos unidos.
Subestructura. Es el soporte de la torre, tiene el espacio para colocar los preventores, a su vez soporta todos los equipos instalados sobre el piso de perforación.
El API ha publicado especificaciones estándares para torres y mástiles, así como para subestructuras.
SISTEMA DE PERFORACIÓN ROTATORIA
Componentes (equipo convencional)
SISTEMA DE IZAJE (continuación)
Bloque viajero. Compuesto por el gancho, polipasto y cable, aportando el movimiento que permite manejar las cargas. El cable en especial debe tener continua supervisión, para evitar rupturas que provoquen daño al personal, al equipo o pérdida de la sarta.
Malacate. Aporta la fuerza requerida para levantar o bajar la sarta. Compuesto por: tambor, freno, transmisión y cabrestantes.
SISTEMA DE PERFORACIÓN ROTATORIA
Componentes (equipo convencional)
SISTEMA DE IZAJE (continuación)
SISTEMA CIRCULATORIO
Función. Su función principal es la de remover los recortes de roca del agujero durante el proceso de perforación.
Circuito: de los tanques el lodo es absorbido por las bombas, pasa por el interior de las tuberías y regresa por el espacio anular nuevamente a los tanques.
SISTEMA DE PERFORACIÓN ROTATORIA
Componentes (equipo convencional)
Componentes:
Presas de lodos
Bombas
Equipo superficial
Interior de TP
Interior del aparejo
trepano
Espacio anular
Línea de descarga
Zaranda
Equipo de control de sólidos
Desgasificador
SISTEMA DE PERFORACIÓN ROTATORIA
Componentes (equipo convencional)
SISTEMA CIRCULATORIO
SISTEMA DE PERFORACIÓN ROTATORIA
Componentes (equipo convencional)
SISTEMA ROTATORIO
Función:
Genera y transmite la rotación a la trepano.
Partes:
Unión giratoria.- Soporta el peso de la sarta y permite el movimiento de rotación.
Flecha.- 1ra. Sección de la sarta, transmite a través del buje el movimiento rotatorio aportado por la mesa rotatoria.
Mesa rotatoria.- Genera el movimiento rotatorio.
Sarta de perforación.- Transmite el movimiento rotatorio a la trepano.
trepano.- Elemento de corte.
Función. Proveer el control del flujos de fluidos de la formación (brotes).
Permite: detectar brotes, cerrar el pozo, circular bajo presión, mover sarta bajo presión, diversificar el flujo.
Partes:
Detectores de flujo.
Conjunto de preventores.
Tablero de control remoto.
Sistema de acumuladores.
SISTEMA DE PERFORACIÓN ROTATORIA
Componentes (equipo convencional)
SISTEMA DE CONTROL
Función. Aporta la seguridad y eficiencia, permitiendo detectar rápidamente cualquier anomalía. Para esto, se tienen una serie de consolas que despliegan:
Profundidad, Ritmo de perforación, Carga al gancho, Velocidad de rotación, torque, gasto de bombeo, Presión de bomba, Densidad del lodo, Temperatura del lodo, nivel de presas, flujo de lodo, etc.
SISTEMA DE PERFORACIÓN ROTATORIA
Componentes (equipo convencional)
SISTEMA DE MONITOREO
Planeación De La Perforación
PLANEACIÓN DE LA PERFORACIÓN
Introducción
La Industria de la Perforación esta cambiando rápidamente en todas las áreas (tecnología, seguridad, administración, relaciones contractuales, entrenamiento, etc).
Por lo que tenemos que ser más eficientes, mejorar nuestras habilidades, adquirir nuevas tecnologías y mejorar nuestra formas de trabajo.
La computación a creado cambios dramáticos, ayudando a obtener mejores decisiones. Podemos almacenar, accesar, analizar y resumir grandes cantidades de datos y realizar cálculos complejos fácilmente.
PLANEACIÓN DE LA PERFORACIÓN
Introducción
Antiguamente las grandes empresas operadoras tenían incorporados todos los procesos como parte de la misma, hoy en día solo incorporan las partes sustantivas y los demás servicios los contratan.
Por tal razón es requerido continuo contacto con contratistas y proveedores de servicios, por lo que la habilidad de negociación debe ser creada en los planeadores de la perforación de pozos.
PLANEACIÓN DE LA PERFORACIÓN
Introducción
Otra tendencia que se presenta, es que la gente que planea y supervisa pozos cada vez se encuentra menos tiempo físicamente en el sitio (en el pozo), incluso crea los diseño y los envía a la aplicación, perdiéndose parte de la capacitación que ofrece la ejecución de programas.
Por lo que se requiere que los diseñadores cada vez sean más inteligentes y adquieran rápidamente más habilidades.
PLANEACIÓN DE LA PERFORACIÓN
Introducción
El éxito de un pozo esta determinado, primero, por el esfuerzo dedicado a la creación del mejor plan posible del pozo y segundo, por la competente supervisión mientras se esta perforando.
DISEÑO Y OPERACIÓN
Definición:
Planeación de la perforación es el concepto de crear el diseño del pozo, el programa de operación y el programa de supervisión, previo al inicio de las actividades directas en la generación del pozo.
Proceso de Planeación del Pozo (Steve Devereux)
Adquisición y revisión de datos (Información)
Análisis de Datos (Información)
Definición del Tipo y Características del Pozo (especificaciones)
Elaboración del Diseño del Pozo (Programa de Perforación)
Distribución del Diseño Propuesto para Comentarios
(corroboración)
Elaboración del Programa Operativo
Discusión del Programa Operativo
Reunión previa antes del inicio de la perforación
(involucramiento)
PLANEACIÓN DE LA PERFORACIÓN
Proceso
PLANEACIÓN DE LA PERFORACIÓN
Adquisición y revisión de datos (Información)
Análisis de Datos (Información)
PLANEACIÓN DE LA PERFORACIÓN
Proceso
Definición del Tipo y Características del Pozo (especificaciones)
Elaboración del Diseño del Pozo (programa de perforación)
PLANEACIÓN DE LA PERFORACIÓN
Proceso
Distribución del Diseño Propuesto para Comentarios
(corroborar)
Elaboración del Programa Operativo
PLANEACIÓN DE LA PERFORACIÓN
Proceso
Discusión del Programa Operativo
Reunión previa antes del inicio de la perforación
(involucrarse)
Diseño Del Pozo
DISEÑO DEL POZO
El diseño del pozo es el estado final ideal deseado.
Por lo tanto se deberán aquí pre-definir todos los elementos que determinan las características del pozo, tanto en su etapa de perforación como de terminación.
Una vez determinado el diseño, se puede proceder a elaborar el programa operativo de perforación.
Definición
Colectar, analizar, resumir y evaluar todo la información referente.
Identificar todos los riesgos y problemas de perforación, potenciales.
Definir el tipo de terminación requerida.
Diseñar la perforación del pozo (estimar geopresiones, determinar la profundidad de asentamiento de TR’s, seleccionar tuberías, definir requerimientos de cementaciones, seleccionar trépanos, seleccionar fluidos de control, determinar sartas de perforación, definir tiempos de perforación, etc.).
Definir los cabezales y árboles de válvulas requeridos.
DISEÑO DEL POZO
Actividades del Diseño del Pozo
Revisar todos los aspectos propuestos y en consenso discutir el diseño.
Estimar tiempos y costos.
Elaborar los documentos del diseño del pozo, Programa de Perforación.
Identificar los aspectos críticos que puedan obstruir el proceso.
Coordinarse con los programas de movimiento de equipos y logística.
Definir lo antes posible la fecha real de inicio de las actividades.
DISEÑO DEL POZO
Actividades del Diseño del Pozo
El éxito o fracaso de un pozo, desde el punto de vista de perforación, es fuertemente dependiente del diseño del pozo previo al inicio de la perforación.
La planeación del pozo es fuertemente dependiente de la calidad y cantidad de los datos disponibles para la planeación.
Es importante que en la recopilación de la información intervengan tanto personal de exploración, yacimientos y producción (activos) como de perforación.
BUENA INFORMACIÓN
BUEN DISEÑO
POZO EXITOSO
DISEÑO DEL POZO
Documento de Solicitud (del activo) por escrito y firmada por responsables.
Objetivo del pozo y localización superficial.
Calendario estimado.
Evaluaciones que se desean realizar:
Programa de registros (geofísicos)
Programa de toma de núcleos
Mediciones de trayectoria requeridas
Requerimiento de registros de lodos
Cualquier otro tipo de evaluación (ejemplo: paleontología, etc)
Pruebas de producción requeridas
Características finales deseadas del pozo
DISEÑO DEL POZO
Solicitud del Pozo
Datos esenciales para el Diseño del Pozo:
Tipo de terminación requerida
Intervalo a disparar (tipo de disparos, si se conoce)
Implementos que se requerirán en la terminación del pozo (tubería, empacadores, válvulas de ,seguridad, sistemas artificiales, etc.)
Presión de fondo
Estimulaciones futuras requeridas,
Temperaturas y presiones estimadas durante la vida productiva del pozo
Características de los fluidos de formación que se encontrarán
Tipo de árbol de válvulas que se empleará
Tipo de abandono que se realizará al fin de la vida del pozo
DISEÑO DEL POZO
Datos esenciales para el Diseño del Pozo (continuación):
Cualquier otra información relevante de la terminación
Perfiles de presión de formación y fractura de pozos de correlación
Información de gases que se presentarán
Información geológica y litológica de los pozos de correlación
Zonas problemáticas de la formación
Perfil de temperatura
DISEÑO DEL POZO
Formular un programa donde se involucren todas las variables para la perforación de un pozo, persiguiendo las siguientes características:
Seguridad
Mínimo costo
Utilidad
DISEÑO DEL POZO
Objetivo
Seguridad.- Máxima prioridad en la planeación (principal: protección al personal). El plan debe ser tal que minimice el riesgo por brotes de la formación y otros factores que generen problemas.
Mínimo costo.- Sin afectar la seguridad, el plan deberá pretender minimizar costos.
Utilidad.- Se pretende perforar pozos donde:
El diámetro sea el adecuado.
La formación no quede con daño.
DISEÑO DEL POZO
Objetivo
Recopilación y análisis
de la Información
Predicción de la Presión
de la Formación
Predicción del Grad.
de Fractura
Determinación del
Asentamiento de
TR’s
Programa de
trépanos
Diseño de T.R.
Diseño de la Sarta
de Perforación
Selección del Equipo
de Perforación
Estimación de Costos
(Gp:) 1
(Gp:) 1
(Gp:) 2
(Gp:) 2
DISEÑO DEL POZO
Proceso
Planeación de la
Terminación
Geometría del
Pozo
Diseño del Fluido
de Perforación
Diseño de la
Cementación
Trayectoria del Pozo
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