presentación de powerpoint · •lodo de perforación: 4. enjarre para proteger zonas permeables....

Equipos y Herramientas de Perforación de Pozos

Equipos de Perforación: Sistema de CirculaciónSemestre 2019-1

Ing. Juan Carlos Sabido Alcántara

Ingeniero Petrolero

Facultad de Ingeniería UNAM

Ing. Juan Carlos Sabido AlcántaraEquipos y Herramientas de Perforación de Pozos

Semestre 2019-12

Equipos de Perforación: Sistema de Circulación

•El sistema de circulación es la clave para unaperforación exitosa y segura, equivocarse en laselección del fluido y el mal control de sus propiedadesreológicas puede condenar la operación de perforación,y peor aún, exponer la integridad del personal y elequipo de perforación.

Equipos y Herramientas de Perforación de Pozos Semestre 2019-1

3Ing. Juan Carlos Sabido Alcántara


•A lo largo del curso hemos hablado de un fluido o lodode perforación que nos sirve como medio de limpiezapara transportar los recortes (restos de roca trituradapor la barrena) a la superficie, que sirve para controlarel pozo, y en algún momento también mencionamosque ayuda a estabilizar las paredes del pozo y evitar queeste se derrumbe.




• Igual que en los sistemas anteriores, dependiendo delos autores, el sistema de circulación únicamente sonlos componentes mecánicos y con otros autorestambién se incluye a los fluidos de perforación. Paraefectos del curso incluiremos los fluidos en estesistema. Para comenzar abordaremos lo elementosmecánicos.




• Presas: Se trata de grandescajas metálicas en las que sealmacena el fluido, susdimensiones varíandependiendo del modelo delequipo y la capacidad delmismo. Se tienen presa desucción, asentamiento y dedescarga, dentro de lasmismas se pueden tener cajasde menos volumen conocidascomo bacheras.




• Línea de succión: Es la línea por la que las bombassuccionan el fluido de la presa de succión.




•Bombas de lodo: Las bombas son aquellas que seencargan de bombear el fluido con la suficiente presiónpara desplazarlo de manera continua por todo elcircuito de circulación que va de las presas de lodo hastala barrena en el fondo (sin importar la profundidad) yque regrese a la superficie hasta las mismas presas.




•Bombas de lodo: Existen bombas de lodo duplex, triplexy ya de ultima generación quintuplex, todas de simple odoble efecto.

• Los términos duplex, triplex y quintuplex se refieren alnúmero de pistones que tiene la bomba, simple o dobleefecto indica si los pistones desplazan fluido en ambasdirecciones.




•Bombas de lodo: Pueden serde motor diésel, eléctrico odiésel eléctrico. Existen dediferentes potencias,diámetros y carreras de lascamisas (el lugar en dondese encuentran los pistones),y una gran variedad demarcas.




•Bombas de lodo: En equiposconvencionalesgeneralmente se tienen dosbombas, mismas que seoperan de maneraindividual o en conjunto,dependiendo de la etapa,gasto y presión requeridapara perforar.




• Línea de descarga de la bomba: Es la línea por donde labomba descarga lo que succionó de las presas.

•Stand Pipe o tubo vertical: Va pegado a la torre deperforación y asciende hasta una altura determinadapor el diseño del equipo, por aquí viaja el fluido queviene de la línea de descarga.

•Manguera: La manguera se encuentra conectada alstand pipe y el flujo continúa su camino por ella.




• Swivel: La manguera seconecta a este componente,por una conexión rápidaconocida como cuello deganso, y por debajo se conectapor medio de una unióngiratoria al kelly, consiguiendoasí que el fluido entre a esteúltimo y de ahí a la sarta deperforación.




•Sarta de Perforación y Barrena: Técnicamente no seasocian al sistema de circulación, sin embargo, formanparte del circuito de circulación, ya que son el mediopara bombear el fluido. En la barrena el fluido eslanzado por las toberas.•Espacio Anular: Es el espacio que existe entre el exteriorde la sarta y el interior del agujero perforado, y también,el espacio que existe entre el exterior de la sarta y elinterior de la tubería de revestimiento inmediata.




•Sarta de Perforación y Barrena: Técnicamente no seasocian al sistema de circulación, sin embargo, formanparte del circuito de circulación, ya que son el mediopara bombear el fluido. En la barrena el fluido eslanzado por las toberas.




• Línea de Flote o Retorno:Una vez que el fluido subepor el espacio anular hastala superficie entra en unalínea que se encuentra porencima del arreglo depreventores.




•Temblorinas o Zarandas:Son dispositivos quereciben el lodo, cuentan conmallas que sirven decoladera de los recortes,por vibración mueven estoshacia un a presa ecológica ode recolección de recortes.




•Temblorinas o Zarandas:




•Una vez en temblorinas el lodo se incorporanuevamente a las presas, cumpliendo así el ciclo decirculación.

•Adicionalmente un sistema de circulación cuenta conotros equipos como desarenadores, desarcilladores,bombas centrífugas, etc. Estos componentes sonimportantes pero para efectos de este curso no losabordaremos.




•Circuito de lodo.




• Lodo de Perforación: Es el fluido que se bombea al pozopor el interior de la sarta de perforación. Dicho fluido esuna mezcla de diferentes componentes líquidos, sólidosy aditivos químicos que cumplen diferentes funcionesdurante la perforación de un pozo. Generalmente losfluidos son base agua o base aceite (emulsión inversa),aunque hay algunas variantes.




• Lodo de Perforación: Para efectos del curso revisaremoslas funciones que cumple durante la perforación yrealizaremos algunos cálculos básicos dejando de ladotodo lo referente a la composición y propiedadesreológicas, temas que se deberán de abordar en lamateria correspondiente del plan de estudios de lacarrera.




• Lodo de Perforación: 1. Remoción de los recortes del pozogenerados durante la perforación. Los recortes deperforación deben ser desalojados del pozo a medida queson generados por la acción corte de la barrena. Para esto, sehace circular el fluido de perforación por dentro de la sartade perforación y a través de la barrena, el fluido arrastra ytransporta los recortes hasta la superficie, subiendo por elespacio anular. La remoción de los recortes o limpieza delagujero, depende del tamaño, forma y densidad de losrecortes, el Ritmo de Penetración (ROP), además de laviscosidad, densidad y velocidad anular del fluido deperforación.




• Lodo de Perforación: 2. Control de las Presiones de laFormación. Una función de la que depende la integridad delpozo y el equipo de perforación, y la seguridad del personal,es la de controlar las presiones de la formación paragarantizar la operación. Normalmente, a medida que lapresión de la formación aumenta, se aumenta la densidad delfluido de perforación agregando barita para equilibrar laspresiones y mantener la estabilidad del agujero. Esto impideque los fluidos de formación fluyan hacia el pozo y causen unreventón.




• Lodo de Perforación: 2. Control de las Presiones de laFormación. La presión ejercida por la columna de fluido deperforación mientras está estática (no circulando) dependeúnicamente de la densidad y de la Profundidad Vertical delpozo. Si la presión hidrostática de la columna de fluido deperforación es igual o superior a la presión de la formación,los fluidos de la formación no entraran al pozo. Esto seconoce como sobre balance. La condición bajo balance es locontrario, la densidad del fluido de perforación se encuentrapor debajo de la necesaria para controlar el pozopermitiendo que los fluidos del yacimiento entren al pozo,pero de manera controlada.




• Lodo de Perforación: 3. Suspensión y Acarreo deRecortes. Los lodos de perforación deben ser capacesde suspender los recortes de perforación, los materialesdensificantes y los aditivos bajo una amplia variedad decondiciones, sin embargo deben permitir la remociónde los recortes por el equipo de control de sólidos. Losrecortes de perforación que se sedimentan durantecondiciones estáticas pueden causar acumulaciones quepueden producir el atrapamiento de la tubería o lapérdida de circulación.




• Lodo de Perforación: 3. Suspensión y Acarreo de Recortes. El materialdensificante que se sedimenta constituye un asentamiento y causagrandes variaciones de la densidad del fluido de perforación a lo largode todo el pozo. Las altas concentraciones de recortes sonperjudiciales para cada parte vital de la operación de perforación,principalmente la eficacia de la perforación y el ritmo de penetración(ROP). Estas concentraciones aumentan la densidad y la viscosidaddel lodo, produciendo mayores costos de mantenimiento y unamayor necesidad de dilución. También aumentan la potenciarequerida para la circulación, el espesor del revoque, el torque y elarrastre, y la probabilidad de pegadura por presión diferencial.




•Lodo de Perforación: 3. Suspensión y Acarreode Recortes. Se debe mantener un equilibrioentre las propiedades del fluido deperforación que suspenden los recortes y laspropiedades que facilitan la remoción de losrecortes por el equipo de control de sólidos.




• Lodo de Perforación: 4. Enjarre para proteger zonaspermeables. La permeabilidad es la capacidad de los fluidospara moverse a través de formaciones porosas. Cuando lapresión de la columna de lodo es más alta que la presión de laformación, el filtrado invade la formación y un enjarre(revoque) se forma en la pared del pozo. Los fluidos deperforación deben estar diseñados para formar un enjarredelgado de baja permeabilidad con el fin de limitar la invasiónde filtrado.




• Lodo de Perforación: 4. Enjarre para proteger zonaspermeables. Esto mejora la estabilidad del pozo y evitaproblemas de perforación y producción. Los problemasrelacionados con un enjarre grueso y la filtración excesivaprovocan registros de mala calidad, mayor torque y arrastre,tuberías atrapadas, pérdida de circulación, y daños a laformación.




• Lodo de Perforación: 5. Estabilidad del agujero. Lacomposición química y las propiedades del lodo debencombinarse para proporcionar un pozo estable hasta quese pueda introducir y cementar la tubería de revestimiento.Independientemente de la composición química del fluidoy otros factores, la densidad del lodo debe estar dentro delintervalo necesario para equilibrar las fuerzas mecánicasque actúan sobre el pozo (presión de la formación,esfuerzos del pozo relacionados con la orientación y latectónica).




• Lodo de Perforación: 5. Estabilidad del agujero. Lainestabilidad del pozo suele verse reflejada por el derrumbe delas paredes del pozo, esto puede provocar atrapamientos desartas, incremento en el torque y arrastre, reducción o pérdidade circulación, baja velocidad anular, mala limpieza y acarreode recortes, problemas durante la cementación, entre otras. Laestabilidad del pozo se obtiene cuando éste mantiene sutamaño y su forma cilíndrica original. Al desgastarse oensancharse de cualquier manera, el pozo se hace más débil yes más difícil de estabilizar.




• Lodo de Perforación: 6. Minimizar los daños a la formación.La protección del yacimiento contra daños que puedanperjudicar la producción es muy importante. Cualquierreducción de la porosidad o permeabilidad natural de unaformación productiva es considerada como daño a laformación. Estos daños pueden producirse como resultadode obturación causada por el lodo o los sólidos deperforación, o de las interacciones químicas.




• Lodo de Perforación: 7. Enfriamiento y lubricación de labarrena, y soporte o flotabilidad de la sarta. Las fuerzasmecánicas e hidráulicas generan calor por fricción en labarrena y en las zonas donde la sarta de perforación rozacontra la tubería de revestimiento y el pozo. La circulacióndel fluido de perforación enfría la barrena y la sarta,alejando este calor de la fuente y distribuyéndolo en todoel pozo.




• Lodo de Perforación: 7. Enfriamiento y lubricación de labarrena, y soporte o flotabilidad de la sarta. Además deenfriar, el fluido de perforación lubrica la barrena y la sarta,reduciendo aún más el calor generado por fricción. Lasbarrenas, los motores de fondo y los componentes de lasarta de perforación fallarían más rápidamente si no fuerapor los efectos refrigerantes y lubricantes del fluido deperforación.




• Lodo de Perforación: 7. Enfriamiento y lubricación de labarrena, y soporte o flotabilidad de la sarta. El peso que unatorre de perforación puede sostener está limitado por sucapacidad mecánica, un factor que se hace cada vez másimportante con el aumento de la profundidad, a medida que elpeso de la sarta de perforación y de la tubería de revestimientose incrementa. Aunque el equipo de perforación tengasuficiente capacidad para manejar el peso de la columna deperforación sin flotabilidad, éste es un factor importante quese debe tener en cuenta al evaluar el punto neutro.




• Lodo de Perforación: 7. Enfriamiento y lubricación de labarrena, y soporte o flotabilidad de la sarta. La flotabilidadreduce la carga al sistema de izaje cuando se perfora ointroduce una tubería de revestimiento a gran profundidad,este factor de flotabilidad se calcula considerando ladensidad del acero con el que se fabrican las tubería y ladensidad del lodo.




• Lodo de Perforación: 8. Transmisión de la energía hidráulica a lasherramientas y la barrena. La energía hidráulica se utiliza paramaximizar el ritmo de penetración (ROP), mejorando el acarreo derecortes en la barrena. Esta energía también alimenta al motor defondo que hace girar la barrena y las herramientas MWD y LWD.Los programas de hidráulica se basan en el dimensionamientocorrecto de las toberas de la barrena para utilizar la potenciadisponible (presión o energía) de la bomba de lodo a fin demaximizar la caída de presión en la barrena u optimizar la fuerza deimpacto del chorro sobre el fondo del pozo.




• Lodo de Perforación: 9. Asegurar la evaluación adecuada dela formación. La evaluación correcta de la formación esesencial para el éxito de la operación de perforación. Laspropiedades químicas y físicas del lodo afectan laevaluación de la formación. Las condiciones físicas yquímicas del agujero después de la perforación tambiénafectan la evaluación de la formación.




• Lodo de Perforación: 9. Asegurar la evaluación adecuada dela formación. Si el transporte de los recortes no es bueno,será difícil para el geólogo determinar la profundidad a lacual los recortes se originaron. Los lodos a base depetróleo, lubricantes, asfaltos y otros aditivos ocultan losindicios de hidrocarburos en los recortes. Ciertos registroseléctricos son eficaces en fluidos conductores, mientrasque otros lo son en fluidos no conductores.




• Lodo de Perforación: 9. Asegurar la evaluación adecuada dela formación. Las propiedades del fluido de perforaciónafectarán la medición de las propiedades de la roca por lasherramientas eléctricas de cable. El filtrado excesivo puedeexpulsar el petróleo y el gas de la zona próxima al agujero,perjudicando los registros y las muestras obtenidas poralgunas pruebas de evaluación de producción. Los lodosque contienen altas concentraciones iónicas de potasioperjudican el registro de la radioactividad natural de laformación.




• Lodo de Perforación: 10. Facilitar la cementación y laterminación del pozo. El fluido de perforación debe permiteque la tubería de revestimiento pueda ser introducida ycementada eficazmente, y que no dificulte las operaciones determinación. La cementación es crítica para el aislamientoeficaz de la zona y la terminación exitosa del pozo. Durante laintroducción de la tubería de revestimiento, el lodo debepermanecer fluido y minimizar el suabeo y pistoneo, demanera que no se produzca ninguna pérdida de circulacióninducida por las fracturas o un posible descontrol del pozo.




• Lodo de Perforación: 10. Facilitar la cementación y laterminación del pozo. El lodo debe tener un enjarre delgadopara que se pueda cementar correctamente la tubería derevestimiento, además todo el lodo debe ser desplazado porlos espaciadores, los fluidos de limpieza y el cemento. Eldesplazamiento eficaz del lodo requiere que el pozo tenga uncalibre casi uniforme y que el lodo tenga una baja viscosidad ybajas resistencias de gel.




• Lodo de Perforación: Las anteriores son las principalesfunciones de un lodo de perforación, de un autor a otropueden variar un poco en cuanto al número agregando másfunciones que no necesariamente son vitales. Las enumeradasaquí son las más importantes y ningún autor debería omitirlas.




• Cálculos básicos de sartas y lodo: Los cálculos fundamentalespara perforar un pozo no requieren de matemáticas avanzadaso de computadoras de alto rendimiento, basta con unacalculadora, saber sumar, restar, multiplicar y dividir, y ya en unnivel más complejo elevar al cuadrado y sacar una raízcuadrada.




• Cálculos básicos de sartas y lodo:• Capacidad de un tubo: 0.5067 ∗ 𝑑𝑖𝑛𝑡

2 𝑝𝑔2 = Τ𝑙 𝑚 .

• Capacidad espacio anular: 0.5067 ∗ 𝐷𝑖𝑛𝑡2 𝑝𝑔2 − 𝑑𝑒𝑥𝑡

2 𝑝𝑔2 = Τ𝑙 𝑚 .

• 𝑉 = 𝐶𝑎𝑝𝐸𝐴\AG\TP\TR Τ𝑙 𝑚 ∗ 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑𝐸𝐴\AG\TP\TR 𝑚 = 𝑙 .

• Factor de Flotación: 𝐹𝑓 = 1 −𝜌𝑙𝑜𝑑𝑜 ൗ

𝑔𝑐𝑚3

𝜌𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 ൗ𝑔𝑐𝑚3

= 1 , 𝜌𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 = 7.85 ൗ𝑔

𝑐𝑚3 .

• Peso de la sarta en el aire: 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑎𝑟𝑡𝑎 = 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 ൗ𝑙𝑏 𝑝𝑖𝑒 ∗ 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑝𝑖𝑒 = 𝑙𝑏 .

• Peso de la sarta flotada: 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑓𝑙𝑜𝑡𝑎𝑑𝑎 = 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑎𝑟𝑡𝑎𝑒𝑛𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑙𝑏 ∗ 𝐹𝑓 1 = 𝑙𝑏 .

• Presión Hidrostática: 𝑃ℎ =𝜌𝑙𝑜𝑑𝑜 ൗ

𝑔𝑐𝑚3 ∗ℎ 𝑚

10= ൗ𝑘𝑔

𝑐𝑚2 por 14.22 ൗ𝑙𝑏 𝑝𝑔2 .




• Cálculos básicos de sartas y lodo:

• Tiempo de atraso:𝑉𝑂𝐿𝐸𝐴 𝑙

𝑄 ൗ𝑙 𝑚𝑖𝑛= 𝑚𝑖𝑛 .

• Tiempo ciclo completo:𝑉𝑂𝐿𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝑃𝑂𝑍𝑂 𝑙

𝑄 ൗ𝑙 𝑚𝑖𝑛= 𝑚𝑖𝑛 .




Equipos y Herramientas de Perforación de Pozos Semestre 2019-1 49Ing. Juan Carlos Sabido Alcántara

GRACIASIng. Juan Carlos Sabido Alcántara

Ingeniero Petrolero

Facultad de Ingeniería UNAM

Ing. Juan Carlos Sabido AlcántaraEquipos y Herramientas de Perforación de Pozos

Semestre 2019-150

presentación de powerpoint · •lodo de perforación: 4. enjarre para proteger zonas permeables....

Documents