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“MATERIA: PERFORACIÓN I” DOCENTE: TEMA: PLANEACIÓN Y DISEÑO DE L A PERFORACIÓN Ing. José Ernesto Bautista Rodas

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“MATERIA: PERFORACIÓN I”

DOCENTE:

TEMA:“PLANEACIÓN Y DISEÑO DE

LA PERFORACIÓN”

Ing. José Ernesto Bautista Rodas

Tecnología de la PerforaciónIntroducciónProceso de la Perforación RotatoriaComponentes del Sistema de Perforación Rotatoria

Planeación de la PerforaciónIntroducciónProceso de Planeación

Diseño de PozosDefiniciónEtapas del Previas al Diseño del PozoElaboración del Diseño de Pozos

Programa de PerforaciónContenido

Programa Operativo de PerforaciónContenido

Informe Final del PozoContenido

Evaluación de la Perforación

PLANEACIÓN DE LA PERFORACIÓN

CONTENIDO

Tecnología De La Perforación

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

IntroducciónLa 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 potenciaMejores diseños de trépanosEn 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 perforaciónIntroducción de la hidráulica de la perforaciónMejoramiento en la trépanosInicio de la perforación automatizadaInicio de la tecnología de fluidos de perforaciónSe 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 perforaciónSe introduce el motor de fondoAutomatización del equipo y manejo del fluido de perforaciónControl de las variables de perforaciónPlaneación de la perforaciónEn 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

?

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 lodosBombasEquipo superficialInterior de TPInterior del aparejotrepanoEspacio anularLínea de descargaZarandaEquipo de control de sólidosDesgasificador

SISTEMA DE PERFORACIÓN ROTATORIA

Componentes (equipo convencional)

SISTEMA CIRCULATORIO

SISTEMA DE PERFORACIÓN ROTATORIA

Componentes (equipo convencional)

SISTEMA ROTATORIOFunción: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.

FIGURA II.2.5.- PREVENTOR DE ARIETES PARA TUBERIA

Ariete paraTuberia

Ensamble del ArieteMecanismo deCierre

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

IntroducciónEl 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:

SeguridadMínimo costoUtilidad

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 análisisde la Información

Predicción de la Presiónde la Formación

Predicción del Grad.de Fractura

Determinación del Asentamiento de

TR’s

Programa detrépanos

Diseño de T.R.

Diseño de la Sartade Perforación

Selección del Equipode Perforación

Estimación de Costos1

1

2

2

DISEÑO DEL POZO

ProcesoPlaneación de la

Terminación

Geometría delPozo

Diseño del Fluidode Perforación

Diseño de laCementación

Trayectoria del Pozo

Programa De Perforación

El programa de perforación es el documento en donde se encuentra toda la información del pozo:

Información del área. Características del pozo. Diseño del pozo. Operación para realizar el pozo. Documentos de solicitud y aceptación. Etc.

Definición

PROGRAMA DE PERFORACIÓN

PROGRAMA DE PERFORACIÓN

ContenidoDatos Generales:

LocalizaciónEstructura Geológica Columna Geológica EsperadaPlano EstructuralObjetivoAparejo de producción

GeopresionesPerfil de presión de formaciónPerfil de Presión de fracturaPerfil de presión de sobrecargaMapa de Geo-presiones

PROGRAMA DE PERFORACIÓN

ContenidoTuberías de Revestimiento

Profundidades de asentamiento de TR’sDensidades programadas de lodosGeometría del pozo (TR’s y trépanos)Tipos y Características de las TR’sCementaciones y accesorios

Programa Direccional (trayectoria)Proyecto direccionalAparejos de fondo por etapaPrograma de mediciones de trayectoria

Fluidos de PerforaciónPrograma de fluidosCaracterísticas y propiedades de los fluidos

PROGRAMA DE PERFORACIÓN

Contenidotrépanos e Hidráulica

Programa de trépanos (tipos y características)Hidráulica de perforación propuesta

Sartas de PerforaciónSartas de perforación por etapaAparejos de fondo por etapa

Programa de Toma de InformaciónPrograma de registrosPrograma de núcleosPruebas de formaciónPruebas de producción

PROGRAMA DE PERFORACIÓN

ContenidoConexiones Superficiales de Control

Conjunto de preventores por etapaÁrboles de válvulasCabezalesPrograma de pruebas a preventores, cabezales y TR’s

Tipo de TerminaciónCaracterísticas del Equipo de PerforaciónDistribución de Tiempos

Programa operativoTiempos programados por operaciónGráfica de profundidad vs Tiempo Programada

Información de Pozos de CorrelaciónResumen de la información por pozo de correlación

PROGRAMA DE PERFORACIÓN

ContenidoPrograma Calendarizado de Requerimiento de MaterialesCostos de PerforaciónAnexos

Toda la información que se considere importante, cálculos de respaldo, oficios, reglamentaciones, etc.

Firmas de Autorización

Programa Operativo

PROGRAMA OPERATIVO

El programa operativo consiste en la descripción cronológica de los eventos que se deberán realizar para la construcción del pozo.Deberá conformarse con:

Descripción de la actividadRelación de profundidadesTiempos programados para realizar la actividadTiempos acumulados esperados por etapa.Gráfica de la profundidad vs. Tiempo programada

Definición

TIEMPO (DIAS)

PRO

FUN

DID

AD

(MET

RO

S)

110.10TOTAL

14.00TERMN.

96.10PERF.

16.96LINER 7 5/8”

18.58LINER 9 7/8”

25.41TR 11 7/8”

20.85TR 16”

14.33TR 20”

DIASREAL

DIASPROG.

ETAPA

PROGRAMA OPERATIVO

Informe Final Del Pozo

INFORME FINAL DEL POZO

El Informe Final es el documento elaborado por la compañía o sección de perforación y avalado por la compañía o sección encargada del yacimiento.Representa el estado final en el que se desarrolló el pozo y estado actual del mismo.Su contenido debe incluir un análisis comparativo entre el programa (diseño) y el resultado final.

Definición

INFORME FINAL DEL POZO

Contenido•Información de la perforación.•Información de la terminación.•Resumen de costos y prosupuestos•Resumen de servicios•Resumen de materiales empleados•Permisos•Anexos

Evaluación De La Perforación

EVALUACIÓN DE LA PERFORACIÓN

Introducción

Es importante una medida comparativa entre los pozos programados y los pozos finales reales:Programas de Perforación vs. Informes FinalesEsta comparación permitirá observar cuales son las debilidades y cuales las fortalezas.Es necesario eliminar aspectos comparativos subjetivos o no tangibles. Esto es buscar las actividades comparables cuantitativamente.No todos las actividades de la perforación tienen la misma trascendencia, por lo que deben ser cuantificadas en función de su importancia en el desarrollo del pozo.

EVALUACIÓN DE LA PERFORACIÓN

Concepto

Si consideramos que el programa de perforación ha sido realizado en forma adecuada y es el proceso ideal para la creación del pozo que estamos deseando tener, cualquier variación con respecto al informe y resultado final es una anomalía que debe ser corregida.

Es importante tener en cuenta que el programa de perforación es el estado ideal del pozo, por lo que será prácticamente imposible obtener una imagen como informe final, sin embargo buscaremos siempre estar lo más cercano posible.

EVALUACIÓN DE LA PERFORACIÓN

Conceptos relevantes de comparación

Se deben seleccionar los aspectos relevantes del pozo, que determinan la calidad y características del pozo como son:

Tuberías de RevestimientoTrayectoria del pozoCementaciónTiemposCaracterísticas del agujero (estabilidad)Información empleadatrépanosTecnología empleadaCostosInformes y reportes

EVALUACIÓN DE LA PERFORACIÓN

Conceptos relevantes de comparación

Indudablemente existen mucho más parámetros de evaluación, los cuales se pueden incorporar.

Esto dependerá del punto de vista de los diseñadores, cuando consideren que parámetros son relevantes.Una propuesta de evaluar el desempeño, es asignar calificaciones a cada parámetro comparativo, en función de su influencia en la calidad del pozo.La calificación total o final será por tanto la sumatoria de todas las calificaciones parciales.Si el pozo resultó idéntico al diseño (situación ideal) la evaluación será: eficiencia 100%

EVALUACIÓN DE LA PERFORACIÓN

Eficiencia

Realizando esta actividad podemos:Visualizar cual pozo fue mejor comparando más parámetros (usualmente se comparan sólo tiempos y costos).En cual rubro o parámetro tuvo mejor (o peor) desempeño.En que parámetros la empresa es fuerte y en cuales es débil.Enfocar las medidas de mejora en los aspectos débiles, con bases y no con apreciaciones.Justificar el buen o mal desempeño.Determinar en caso de falla si debemos mejorar el diseño o debemos mejorar la operación (o ambos)

Optimización es el proceso para encontrar el conjunto de condiciones requeridas con el fin de obtener los mejores resultados para una situación dada. Sus características esenciales son: objetivos, factores conflictivos y restricciones.

la perforación optimizada consiste en emplear los datos y experiencias obtenidas en el primer pozo perforado, como base para determinar y aplicar técnicas adecuadas para la perforación de los pozos subsecuentes; de tal manera que el costo total de perforación sea reducido al mínimo en el menor tiempo y con el menor número de pozos posibles.

OPTIMIZACION DE LA PERFORACION

Consideraciones en la optimización de la perforación.1)Fluido de perforación.2)Hidráulica.3)Selección del tipo de trepano.4)Condiciones de operación de la trepano.5)Selección del equipo.6)Adquisición de datos (correlación de pozos vecinos).7)Programa de tubería de revestimiento.8)Sarta de perforación.9)Control de presiones subsuperficiales (brotes).10)Planeación de la perforación.

CONSIDERACIONES PARA LA OPTIMIZACION DE LA

PERFORACION