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Universidad Nacional Autónoma

de México

“Por mi raza hablara el espíritu”

Facultad de Ingeniería

Ingeniería Petrolera

Ingeniería de Perforación

Ing. Hermilo Montes San Cristóbal

Tarea 1

13 de Agosto de 2015

Elaborado por:

Avila Torres Enrique

Lira Islas Roberto Jordán

Samperio Gayosso Alonso

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Resumen

La ingeniería de perforación hace uso

de diversos conocimientos

matemáticos, físicos y geológicos para

su correcto desarrollo.

La presión es la fuerza ejercida por

unidad de volumen, y la podemos

encontrar en cualquier parte. Dentro

de la formación geológica existen

varios tipos de presión. La presión de

formación o de poro es aquella a cual

están confinados los fluidos que

saturan la roca. Es la presión ejercida

por una columna de fluido desde el

nivel del mar hasta la formación.

Cuando esto último ocurre a la presión

de poro se le llama presión normal.

Una presión anormal es aquella donde

la presión de poro de una formación

geológica excede la presión de

formación esperada o normal. Cuando

la presión de poro es menor a la

presión normal se le llama presión

subnormal.

Los estratos geológicos desde la

superficie hasta la formación también

ejercen un esfuerzo en esta. A este

esfuerzo se le llama de sobrecarga.

Este parámetro depende directamente

de la profundidad y está en función de

las densidades de los sólidos y fluidos

que saturan la roca.

Así mismo cuando el esfuerzo de

sobrecarga es demasiado grande

conforme se van acumulando más

capas de estratos ocasiona una

reducción de volumen en el espacio

poroso de la roca y la consolidación de

la roca.

Estos procesos físicos ocurren dentro

del proceso llamado Diagénesis. El

cual a grandes rasgos se puede definir

como todos aquellos procesos físicos,

químicos y biológicos por los que pasa

el sedimento desde su depositacion

hasta que se considera roca.

La densidad es una medida física

importante, es la relación de masa y

volumen de una sustancia. En la

ingeniería de perforación es de suma

importancia porque la presión

hidrostática depende directamente de

la densidad de nuestro lodo de control.

El cuál es la parte más vital de la

perforación. Dependiendo de la

densidad de nuestro lodo podemos

modificar la presión hidrostática con

que perforamos.

La migración es el movimiento de los

fluidos que saturan la roca a través de

la roca generadora y la roca

almacenadora hasta una trampa

geológica.

Se puede dividir en Migración primaria

la cual es movimiento de la materia

orgánica desde los poros a través de

los capilares de la roca generadora

hasta un medio poroso y más

permeable que es la roca

almacenadora. Migración Secundaria

es el desplazamiento de los

hidrocarburos después de la

Migración primaria y se da dentro de la

roca almacenadora hasta una trampa

geológica.

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Introducción

La ingeniería de perforación de pozos

es un área vital de la ingeniería

petrolera pues con ella se hace un

contacto directo en el yacimiento y las

instalaciones superficiales para poder

explotar el hidrocarburo.

Los conocimientos básicos que un

profesional de la ingeniería de

perforación debe saber son de

carácter geológico, físico y

matemático. Dentro de los cuales

podemos destacar el dominio de

distintos términos como:

Presión: Se le denomina a la

aplicación de una fuerza sobre una

unidad de área. En la industria

petrolera las unidades comunes son el

Kg/cm2 y el psi.

Formación: Una formación o

formación geológica es una unidad

litoestratigráfica formal que define

cuerpos de rocas caracterizados por

unas propiedades litológicas comunes

que las diferencian de las adyacentes.

Dentro de la perforación el

conocimiento de la formación

geológica es fundamental, pues ello

depende el tipo de herramienta y los

métodos de perforación a utilizar.

Densidad: La densidad es una

relación entre la masa y volumen de

una sustancia. Es la cantidad de masa

que ocupa una unidad de volumen. En

la perforación la unidad física que se

utiliza es el gr/cm3. La densidad de los

fluidos que intervienen en la

perforación es imprescindible puesto

que el control de la densidad del lodo

de perforación es el parámetro más

importante durante una perforación.

A continuación pasamos a las

definiciones objetivo de la presente

investigación.

Presión de formación

La presión de formación es aquella a

la que se le encuentran confinados los

fluidos dentro de la formación.

Normalmente conocida como presión

de poro.

Es la presión ejercida por una columna

de agua desde la profundidad de la

formación hasta el nivel del mar.

Cuando las rocas impermeables, tales

como las lutitas formadas por

sedimentos, se compactan, sus fluidos

intersticiales no siempre pueden

filtrarse y deben sustentar toda la

columna de roca, lo que genera

presiones de formación anormalmente

altas. Dado que la presión de

yacimiento cambia a medida que se

producen los fluidos de un yacimiento,

la presión debería describirse como un

valor medido en un momento

específico, tal como la presión de

yacimiento inicial.

Presión normal

Es la presión de poro de las rocas, que

se considera normal en las zonas en

las que el cambio producido en la

presión por unidad de profundidad es

equivalente a la presión hidrostática.

El gradiente de presión hidrostática

normal correspondiente al agua dulce

es de 0,433 libras por pulgada

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cuadrada por pie (psi/pie), o 9,792 kilo

pascales por metro (kPa/m), y 0,465

psi/pie para el agua, con 100 000 ppm

de sólidos disueltos totales (un agua

característica de la Costa del Golfo), o

10,516 kPa/m.

Presión anormal

Una condición del subsuelo en la que

la presión de poro de una formación

geológica excede la presión de

formación esperada o normal. Cuando

las rocas impermeables, tales como

las lutitas, son compactadas

rápidamente, sus fluidos intersticiales

no siempre pueden filtrarse y, por

consiguiente, deben sustentar toda la

columna de roca supra yacente, lo que

genera presiones de formación

anormalmente altas. El exceso de

presión, que se conoce como

sobrepresión o geopresión, puede

producir la explosión o el descontrol de

un pozo durante la perforación. La

existencia de condiciones de

subpresión severas puede causar el

atascamiento de la columna de

perforación en la formación

subpresionada.

La siguiente grafica es una clásica

representación de las presiones en

una gráfica Profundidad vs Presión

donde se observa en azul lo que

llamamos presión normal.

Geomecánica: Es la disciplina que

estudia las características mecánicas

de las rocas. Los conceptos básicos

de Geomecánica se basan en la

propiedad elástica de la roca para

resistir y recuperarse de una

deformación causada por una fuerza.

Los conceptos básicos para describir

esta propiedad de la roca se conocen

como esfuerzos de deformación. Las

fuerzas son transferidas a través de

los esfuerzos.

Esfuerzo, σ. Se define como la fuerza

que actúa sobre la sección transversal

de un sólido:

σ =F

A

Donde:

F = fuerza, kgf.

A = área, cm2.

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Presión de sobrecarga, σz.

La presión de sobrecarga

(confinamiento), se debe al peso de

las capas suprayacentes al yacimiento

aumenta a medida que se incrementa

la profundidad:

σz = [𝜌𝑠 + [𝜌𝑤𝑠𝑤 + 𝜌𝑜𝑠𝑜 + 𝜌𝑔𝑠𝑔]∅

10] ℎ

Donde:

𝜌𝑠 .- Densidad de los Sólidos,

g/cm2

𝜌𝑤 .- Densidad del Agua, g/cm2

𝜌𝑜 .- Densidad del Aceite, g/cm2

𝜌𝑔 .- Densidad del Gas, g/cm2

h.- Altura, m

σz.- Presión de Sobrecarga, Kg/cm2

Compactación

Es el proceso físico por el cual los

sedimentos se consolidan, lo que

produce la reducción del espacio

poroso a medida que los granos se

empacan en forma más estrecha, esto

debido a la extracción de fluidos del

yacimiento que es a su vez provocado

por una disminución en la presión de

la formación. Igualmente a medida

que se acumulan las capas de

sedimentos, la presión creciente de la

sobrecarga durante el sepultamiento

produce la compactación de los

sedimentos. En esta compactación

existe una reducción del volumen del

yacimiento por obvias razones.

En la siguiente imagen podemos

observar una reducción del espacio

intergranular en una roca carbonatada

por el fenómeno de la compactación

Diagénesis

La alteración física, química o

biológica de los sedimentos, que se

convierten en rocas sedimentarias, a

temperaturas y presiones

relativamente bajas, puede producir

cambios en la mineralogía y la textura

original de la roca. Después de la

depositación, los sedimentos se

compactan a medida que son

sepultados por debajo de las capas

sucesivas de sedimentos y son

cementados por los minerales que

precipitan a partir de la solución. Los

granos de sedimentos, los fragmentos

de rocas y los fósiles pueden ser

reemplazados por otros minerales

durante la diagénesis. La porosidad

normalmente se reduce durante la

diagénesis, salvo en casos raros, tales

como la disolución de los minerales y

la dolomitización. La diagénesis no

incluye los procesos de meteorización.

La generación de hidrocarburos

comienza durante la diagénesis. No

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existe una distinción aceptada y clara

entre diagénesis y metamorfismo, si

bien el metamorfismo se produce a

presiones y temperaturas más

elevadas que las de la corteza

externa, donde tiene lugar la

diagénesis.

Diferencia de Densidades

Densidad es una magnitud escalar

referida a la cantidad de masa en un

determinado volumen de una

sustancia. Cada sustancia en un

mismo volumen, posee una diferente

masa, por lo tanto una diferente

densidad. Cuando comparamos dos o

más sustancias tenemos fenómenos

de diferencia de densidades. En la

Industria Petrolera es de vital

importancia la comprensión de este

fenómeno para poder entender otros,

por ejemplo: la migración secundaria,

el movimiento de fluidos a través de la

tubería, el movimiento de fluidos a

través de oleogasoductos.

Migración de Fluidos

Debido a que el aceite y el gas no se

encuentran generalmente en las rocas

donde se originan, es necesario

considerar una migración de los

hidrocarburos de una roca generadora

a una almacenadora; y además,

pensar en una migración de los

mismos hidrocarburos dentro de la

roca almacenadora, hasta que

escapen a la atmósfera, o bien, se

encuentren con una trampa natural

donde se acumulen formando un

yacimiento. El estudio de la migración

primaria es un tanto difícil de entender.

La secuencia de evolución desde el

kerógeno hasta el aceite crudo o al

gas es compleja. La evaluación de si

la transformación fue realizada antes,

durante o después de la migración

desde la roca generadora es difícil de

saber.

Debido a la gran movilidad del gas

natural, no hay dudas acerca de su

migración. El gas bajo presión,

prácticamente se puede mover dentro

de las rocas, a menos que estas sean

extremadamente compactas, en la

dirección de menor presión que

generalmente es hacia arriba. El

aceite, como se ha observado en

yacimientos profundos, se mezcla con

el gas en una fase homogénea de

vapor, adquiriendo el aceite una

movilidad comparable con la del gas

natural. Bajo estas circunstancias, se

cree que la migración por largas

distanciases posible.

Existen autores que se oponen a la

idea de migración, o cuando menos a

la idea de una migración larga.

Uno de los principales problemas en

comprender la migración de los

hidrocarburos es su baja solubilidad

del agua. Hunt, sugiere que la

migración ocurre antes de que el

hidrocarburo sea reconocido como

aceite crudo, esto es que mientras que

está en forma de kerógeno, ácido y

esteres, los cuales son solubles en

agua. Esta fase de transición es

llamada Protopetróleo.

Migración

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Es el movimiento de aceite y/o gas en

los poros y/o discontinuidades de las

rocas (porosidad primaria y

secundaria) en el interior de la corteza

terrestre.

Migración Primaria: Es el

desprendimiento de los compuestos

del aceite y gas de las partículas

orgánicas sólidas (kerógeno) en los

lechos generadores y su transporte

dentro y a través de los capilares y

poros estrechos de la roca generadora

de grano fino a la roca porosa y

permeable que representa la roca

almacenadora.

Migración Secundaria: Una segunda

migración se lleva a cabo a lo largo de

la roca almacenadora, hasta que el

aceite llega a una trampa que impide

su movimiento, o escapa a la

superficie. Esta migración puede no

existir cuando la trampa la constituye

una lente arenosa aislada.

La migración primaria y secundaria de

gas y mezclas de gas y aceite en fase

vapor originada por altas

temperaturas, es más fácil que la del

petróleo líquido. El gas simplemente

se mueve en la dirección de menor

presión, presentando los poros

saturados de agua una resistencia

mínima al movimiento. La migración

en fase de vapor no solamente se

produce a través de los poros

interconectados en que se puede

mover el aceite, sino que también lo

puede hacer a través de micro poros y

micro fracturas.

En la migración primaria las fuerzas

hidráulicas son dominantes, pero en la

migración secundaria la flotabilidad

del aceite con respecto al agua

asociada es probable lo más

importante.

Conclusiones

La ingeniería de perforación es un

área interdisciplinaria donde

intervienen conocimientos y

profesionista de distinta índole. Por

esta razón el ingeniero de perforación

debe estar capacitado en una gran

variedad de conocimientos necesarios

para desarrollar su trabajo.

Los conocimientos físicos y

matemáticos son fundamentales en

cualquier ingeniería. Ya que son una

manera de cuantificar nuestro

alrededor. Dentro de la perforación

son de suma importancia ya que a

diferencia de otras disciplinas el

ingeniero de perforación no puede ver

ni tocar de manera directa lo que se

encuentra debajo de la tierra. Por esta

razón debe tener la capacidad de

inferir los fenómenos que ocurren en

ese lugar en base a su preparación.

La geología es importante para la

ingeniería de perforación porque

permite imaginar la manera que en

que se encuentra alojado el

hidrocarburo debajo del subsuelo. Así

también como entender el movimiento

de estos fluidos dentro de la formación

y la mejor forma de explotar este

valioso recurso.

El correcto manejo de estos

conocimientos tanto matemáticos

como geológicos es la base para que

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el profesional de la perforación realice

su trabajo de manera óptima y segura.

Referencias.

Oilfield Glossary Schlumbenger,

disponible en:

http://www.glossary.oilfield.slb.com/

GARCÍA-GARMILLA, P.,

ARANBURU, A. & IBÁÑEZ-LÓPEZ,

J.A. (2005). Atlas para prácticas de

Petrología Sedimentaria.

GARCÍA-GARMILLA, P.,

ARANBURU, A. & IBÁÑEZ-LÓPEZ,

J.A. (2005). Atlas para prácticas de

Petrología Sedimentaria.

Galicia Muñoz Susana, “TESIS:

Geomecánica aplicada a yacimientos

naturalmente fracturados para

determinación de compresibilidad de

la formación”, Director de Tesis: M. I.

Héctor Carlos Pulido Bello, UNAM,

México 2009.

Apuntes de la Asignatura: Elementos

de Perforación de Pozos, Profesor:

Mario Rosas Rivero, UNAM, Semestre

2014-2.