v24 -e3 comprobación de los límites en condiciones de pozo extremas

7/24/2019 V24 -E3 Comprobacin de Los Lmites en Condiciones de Pozo Extremas

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4 Oilfield Review

Comprobacin de los lmitesen condiciones de pozo extremas

Las temperaturas y presiones elevadas de los pozos plantean desafos de diseo

para los ingenieros que desarrollan herramientas de evaluacin de formaciones.

Las herramientas de muestreo y adquisicin de datos de presin que utilizan

motores y bombas requieren una alta potencia para operar y a menudo generan

considerablemente ms calor que las herramientas utilizadas para las mediciones

petrofsicas bsicas. Las soluciones tradicionales para luchar contra la temperatura

y la presin son insuficientes para estos tipos de herramientas. Las innovaciones

recientes posibilitan la obtencin de muestras y mediciones de presin en el fondo

del pozo y la ejecucin de pruebas extendidas de pozos en condiciones extremas.

Chris Avant

Saifon Daungkaew

Bangkok, Tailandia

Bijaya K. BeheraPandit Deendayal Petroleum University

Gandhinagar, Gujarat, India

Supamittra Danpanich

Waranon Laprabang

PTT Exploration and Production

Public Company Limited

Bangkok, Tailandia

Ilaria De Santo

Aberdeen, Escocia

Greg Heath

Kamal OsmanChevron Thailand Exploration and

Production Ltd

Bangkok, Tailandia

Zuber A. Khan

Gujarat State Petroleum Corporation Ltd

Gandhinagar, Gujarat, India

Jay Russell

Houston, Texas, EUA

Paul Sims

Dar es Salaam, Tanzania

Miroslav Slapal

Mosc, Rusia

Chris Tevis

Sugar Land, Texas

Traduccin del artculo publicado en Oilfield ReviewOtoo de 2012: 24, no. 3.Copyright 2013 Schlumberger.

Por su colaboracin en la preparacin de este artculo, seagradece a Renato Barbedo, Ravenna, Italia; Larry Bernard,Jean-Marc Follini, David Harrison y Steve Young, Houston;Libby Covington, Simmons & Company International,Houston; Alan Dick, Simmons & Company International,Aberdeen; Eduardo Granados, Richmond, California, EUA;

Khedher Mellah, Chevron, Houston; y Sophie Salvadori Velu,Clamart, Francia.InSitu Density, MDT, MDT Forte, MDT Forte-HT,PressureXpress, PressureXpress-HT, Quicksilver Probe,Signature, SRFT y Xtreme son marcas de Schlumberger.

INCONEL es una marca registrada de Special MetalsCorporation.

Quartzdyne es una marca registrada de Dover Corporation.

A medida que exploran nuevas fuentes de petrleo

y gas, muchas compaas de E&P estn perforando

pozos en ambientes que exceden los lmites de los

equipos y servicios. Los operadores estn concen-

trando su bsqueda en lugares en los que pocos se

han aventurado o que hasta no hace mucho tiempo

atrs eran considerados imposibles. Las profundi-

dades que estn explorando actualmente tienden

a alcanzar temperaturas y presiones ms eleva-

das que antes y a menudo exhiben condiciones de

pozo extremas que ponen a prueba los lmites de

las herramientas y equipos de fondo de pozo.

Las compaas de servicios continan desarro-

llando soluciones para abordar dichas condiciones

de pozos extremas; no obstante, ciertas situaciones

presentan problemas particulares para los desa-

rrolladores de herramientas de fondo de pozo.1

Por ejemplo, las aplicaciones tales como la obten-

cin de muestras de fluidos, la adquisicin de

presiones de formacin y la ejecucin de pruebas

extendidas de presin de fondo de pozo, requie-ren herramientas diseadas para superar algo

ms que el calor y la presin, lo que constituye

una verdadera hazaa. Estas herramientas tam-

bin deben lidiar con el tiempo expuesto al calor

generado internamente y los desafos que plan-

tea una larga exposicin a condiciones potencial-

mente destructivas.

Las herramientas de muestreo y adquisicin de

datos de presin utilizan motores que requieren

una alta potencia; estos motores generan calor que

queda retenido en el interior de la herramienta.

Para recolectar muestras de fluidos de formacin

y adquirir datos de presin, estas herramientas

pueden tener que permanecer fijas durante largos

perodos de exposicin al calor y la presin, y estn

provistas de medidores de presin y sensores que

deben mantener su estabilidad a altas temperatu-

ras de operacin y a la vez conservar la precisin de

sus mediciones. Otros usos de los medidores de pre-

sin pueden exigir que stos permanezcan en el

fondo del pozo durante varias horas, incluso das,

expuestos constantemente a condiciones extremas.

Muchos mtodos empleados tradicionalmente para

tolerar las altas temperaturas de pozos resultan

ineficaces en estas situaciones.

Este artculo analiza dos herramientas de

muestreo y adquisicin de datos de presin que

requieren una alta potencia para operar y quefueron diseadas para tolerar ambientes operati-

vos de alta presin y alta temperatura (HPHT).

Adems, ha quedado demostrado que un medidor

de presin de fondo de pozo recin introducido

opera durante muchas horas a alta temperatura.

Algunos casos de estudio del Mar del Norte,

Tailandia e India demuestran la aplicacin de

estas ventajas.


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Volumen 24, no.3 55

1. Para ver las soluciones disponibles en condicionesoperativas extremas, consulte: DeBruijn G, Skeates C,Greenaway R, Harrison D, Parris M, James S, Mueller F,Ray S, Riding M, Temple L y Wutherich K: Tecnologaspara alta presin y alta temperatura, Oilfield Review20, no. 3 (Invierno de 2008/2009): 5267.

Chan KS, Choudhary S, Mohsen AHA, Samuel M,Delabroy L, Flores JC, Fraser G, Fu D, Gurmen MN,Kandle JR, Madsen SM, Mueller F, Mullen KT,Nasr-El-Din HA, OLeary J, Xiao Z y Yamilov RR:Qumica de los campos petroleros en condicionesextremas, Oilfield Review18, no. 3 (Invierno de2006/2007): 417.

Adamson K, Birch G, Gao E, Hand S, Macdonald C,Mack D y Quadri A: High-Pressure, High-TemperatureWell Construction, Oilfield Review10, no. 2 (Veranode 1998): 3649.

Baird T, Fields T, Drummond R, Mathison D, Langseth B,Martin A y Silipigno L: High-Pressure, High-TemperatureWell Logging, Perforating and Testing, Oilfield Review10, no. 2 (Verano de 1998): 5067.


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6Oilfield Review

Temperaturadeyacimiento,

F

Presin de yacimiento, lpc

Pozos HPHT perforados en todo el mundo entre los aos 2007 y 2010

Pozo

Alta temperatura

Alta presin

250

1500 5 000 10 000 20 000 30 000 35 00015 000 25 000

350

450

550

650

Un nicho de mercado que importa

Los ambientes hostiles se caracterizan por presen-

tar condiciones de alta presin y alta temperatura

(HPHT). Los pozos HPHT en general atraviesan los

umbrales de temperatura o bien de presin, pero

muy pocos trascienden ambos. No obstante, el tr-

mino HPHT se aplica a cualquier pozo que se con-

sidere caliente o altamente presionado. En la

industria del petrleo y el gas, se aplican diversos

criterios para definir el trmino alta y no existeun estndar industrial ampliamente aceptado.

Cualquiera sea el criterio utilizado, la mayora de

los pozos perforados en nuestros das no son

extremos; es decir, no exhiben ni alta presin ni

alta temperatura.

En el ao 2012, se perforarn aproximadamente

107 000 pozos de petrleo y gas en todo el mundo. 2

Un estudio llevado a cabo por ingenieros de

Schlumberger estima que unos 1 600 de estos pozos

sern clasificados como pozos HPHT, lo que repre-

senta alrededor del 1,5% del total a nivel mundial.

La mayora de los pozos considerados HPHT exce-

den los lmites de temperatura establecidos y slo

algunos pozos exhiben presiones verdaderamente

>Temperatura o presin extrema. Los ingenieros de Schlumberger llevaron a cabo un estudio internode los datos de temperatura y presin de pozos de todo el mundo. Durante un perodo de cuatro aos,ningn pozo excedi los lmites de alta temperatura (177C [350F]) y alta presin (20 000 lpc [138 MPa]),que se utilizan normalmente para las herramientas de adquisicin de registros operadas con cable.Muchos pozos que exhiben una presin extremadamente alta no muestran alta temperaturay viceversa. Por otra parte, hubo ms pozos que excedieron la temperatura de 350F que pozosque excedieron los 20 000 lpc.

Actividad significativa en condiciones de alta temperatura

Actividad potencial en condiciones de alta temperatura

Actividad geotrmica

>Actividad de perforacin en ambientes de alta temperatura. La actividad de perforacin de exploracin y desarrollo en ambientes de alta temperaturase encuentra regionalmente aislada. La mayora de los pozos extremos se localizan en tierra firme, aunque existe una actividad significativa en el Golfode Mxico, el Mar del Norte y el rea marina de la India y el sudeste asitico. El nmero de pozos geotrmicos, que representan el extremo absoluto delas temperaturas extremas, no es significativo desde el punto de vista estadstico.


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Volumen 24, no.3 7

extremas (pgina anterior, arriba). El estudio

indica adems que el mercado HPHT es domi-

nado principalmente por dos pases: EUA (60%) y

Tailandia (20%) (pgina anterior, abajo).

Una advertencia importante con respecto a

este anlisis es que los pozos geotrmicos no se

incluyen en las cifras totales. Debido a sus tem-

peraturas de fondo extremadamente elevadas, los

pozos geotrmicos presentan complejidades ope-

racionales que raramente se observan en la explo-

racin de petrleo y gas.3Adems, el nmero de

pozos geotrmicos es pequeo en comparacin

con sus contrapartes petroleras y gasferas.

Si bien el mercado HPHT actual es relativa-

mente pequeo, existe una aceleracin reconocida

en toda la industria en cuanto al nmero de pozosextremos que estn siendo perforados y planificados.

Por ejemplo, segn un informe que cubre los pozos

extremos perforados en reas marinas, a lo largo

del perodo de 30 aos comprendido entre 1982 y

2012, los operadores perforaron 415 pozos mari-

nos HPHT en todo el mundo (arriba).4El prons-

tico para el perodo de cuatro aos que finaliza en

el ao 2016 anticipa que la cifra total se duplicar

y que la regin situada frente a la costa de Brasil

por s sola incorporar ms de 238 pozos profundos

para el ao 2016. Segn las proyecciones, para el

ao 2020, el nmero total de pozos HPHT marinos

exceder los 1 200; triplicando la cifra total de

pozos marinos extremos en solo 10 aos. El anli-

sis destaca la necesidad de contar en la dcada

venidera con equipos para abordar estas condicio-

nes operativas HPHT. No obstante, el problema

con este tipo de anlisis es que los resultados

dependen de la definicin de condiciones HPHT

de cada usuario.

Una cuestin de semnticaLos operadores y las compaas de servicios a

menudo utilizan criterios diferentes para la clasifi-

cacin de los pozos HPHT. Los operadores luchan

contra los efectos que producen la presin y la tem-

peratura en las actividades de perforacin y cons-

truccin de pozos y en los equipos de superficie; las

compaas de servicios a menudo se centran en

cmo esas condiciones afectan sus productos, equi

pos y servicios. Si bien la distincin puede parecer

sutil, el procedimiento de diseo de ingeniera a

menudo difiere.

2. Special Focus: 2012 ForecastInternational Drilling andProduction. Global Drilling Remains Consistently Strong,World Oil233, no. 2 (Febrero de 2012): 4346.

Special Focus: 2012 ForecastU.S. Drilling. GrowthAmidst Economic and Regulatory Turbulence,World Oil233, no. 2 (Febrero de 2012): 6772.

3. Un estudio reciente estima que hasta el ao 2011inclusive, se haban perforado aproximadamente4 000 pozos geotrmicos.

Sanyal SK y Morrow JW: Success and the LearningCurve Effect in Geothermal Well DrillingA WorldwideSurvey, artculo SGP-TR-194, presentado en el 37Seminario sobre Ingeniera de Yacimientos Geotrmicos,Stanford, California, EUA, 30 de enero1 de febrerode 2012.

4. Estos resultados fueron registrados en el anlisisde Simmons & Company International Limited 2012preparado para Quest Energy. Para el informe, lascondiciones de alta presin y alta temperatura (HPHT)fueron definidas como aquellas condiciones superioresa 10 000 lpc [69 MPa] y 150C [300F].

El nmero de pozos HPHT perforados en tierra firmedurante ese perodo fue muy superior al de los pozosperforados en reas marinas.

97

238

18

14

13

17

0

0

36

90

290

10

16

3

10

26

16

22

133

75

52

118

23

10

0

4

0

415 Perforados hasta 2011 inclusive

Proyectados entre 2012 y 2015 inclusive433

Proyectados entre 2016 y 2020 inclusive483

Golfo de Mxico

frica OccidentalSudeste Asitico

Australia

Sector noruego del Mar del Norte

Mar Mediterrneo

Mar del Norte

Mar Caspio

Brasil

Pozos HPHT marinos

Pozos

>Actividad HPHT marina. Est previsto que la actividad de perforacin de pozos HPHT se acelere en los aos venideros, especialmente en lasreas marinas. En los prximos cuatro aos, se prev que el nmero de pozos HPHT marinos (verde) pasarn a ser ms del doble del total de lospozos perforados en las tres ltimas dcadas (azul). Para el ao 2020 (rosa), se prev que el recuento de pozos se triplicar. (Adaptado deSimmons & Company International Limited, referencia 4. Utilizado con autorizacin.)


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8Oilfield Review

En un esfuerzo para resolver parte de la confu-

sin, recientemente el API public algunas reco-

mendaciones para los equipos utilizados en los

pozos HPHT, que fueron definidos como pozos con

una presin de ms de 15 000 lpc [103 MPa] y con

una temperatura superior a 350F.5Las recomen-

daciones son aplicables principalmente a los

estndares de ingeniera relacionados con los

requerimientos de diseo de los equipos, los

materiales aceptados y las pruebas de los equipos

de control y el hardware de terminacin de pozos.

El informe incluye la verificacin y la valida-

cin del diseo, la seleccin de materiales y los

controles del proceso de manufactura, destina-

dos a asegurar que los equipos utilizados en la

industria del petrleo y el gas sean adecuados

para el servicio en ambientes HPHT. Los tres cri-

terios para la clasificacin HPHT son:

condiciones de superfcie anticipadas que impo-

nen equipos de control y terminacin de pozos

diseados para soportar ms de 15 000 lpc

presin esttica de superfcie anticipada de

ms de 15 000 lpc

temperatura de ujo en la superfcie superior a

350F.

Si se satisface cualquiera de estas condiciones,

el pozo se considera un pozo HPHT. El informe, sibien establece directrices especficas para defi-

nir las condiciones HPHT y proporciona protoco-

los para la certificacin de los equipos, no aborda

especficamente los componentes electrnicos

de fondo de pozo o la certificacin de las herra-

mientas de fondo de pozo.

En un intento para definir los valores de los

umbrales que reflejan limitaciones fsicas y tec-

nolgicas, Schlumberger desarroll un sistema

de clasificacin HPHT que representa los lmites

de estabilidad de los componentes comunes,

tales como los sellos elastomricos y los compo-

nentes electrnicos (arriba).6 Otras compaas

de servicios y operadores utilizan sus propias

definiciones, que son similares a las directrices

de Schlumberger.

Un nicho en materia de diseo

El tipo de pozo HP o HT impone el procedi-

miento de diseo de ingeniera porque las tcni-

cas utilizadas para abordar la presin difieren de

las aplicadas en relacin con la temperatura.

Para la presin, la solucin consiste a menudo en

disear equipos con elementos de sello capaces

de tolerar fuerzas extremas. Las superficies expues-

tas pueden estar en riesgo, pero los componentes

electrnicos internos se encuentran protegidos,

salvo una falla del sello, lo que sera catastrfico

en caso de que realmente ocurriera (abajo).

No obstante, la proteccin de los componen-

tes electrnicos sensibles de fondo de pozo con-

tra las temperaturas extremas usualmente

implica el resguardo de dichos componentes sen-

sibles contra los efectos acumulados de la exposi-

cin al calor. Esto se logra la mayor parte de lasveces utilizando barreras trmicas en forma de

receptculos alojamientos metlicos de doble

aislamiento que protegen los componentes

electrnicos el tiempo suficiente para permitir la

adquisicin de datos y otras operaciones (prxima

pgina, a la izquierda). Los receptculos se cons-

truyen para que exhiban una extremadamente

baja conductividad y difusividad trmicas a fin de

asegurar que la temperatura en el interior del alo-

jamiento se eleve muy lentamente.

Los receptculos se han convertido en un

componente integral de las herramientas, tales

como el conjunto de herramientas Xtreme de

Schlumberger, diseadas para ambientes HPHT.7

La plataforma Xtreme incluye las mediciones comu-

nes para el anlisis petrofsico. Lamentablemente,

la solucin para la proteccin de los componen-

tes electrnicos contra el calor del pozo implica

la retencin del calor generado automticamente

en el interior del alojamiento de la herramienta.

Este calor puede elevar las temperaturas inter-

nas mucho ms all de las tolerancias trmicas

de la herramienta. A la hora de utilizar recept-

culos en ambientes HPHT, los ingenieros especia-

listas en adquisicin de registros monitorean

tanto el tiempo como la temperatura para evitar

la falla potencialmente catastrfica de la herra-

mienta relacionada con la temperatura.

>Sistema de clasificacin HPHT. Este sistema de clasificacin fuepropuesto por los ingenieros de Schlumberger y se basa en los lmitesde presin y temperatura que representan los lmites de estabilidad delos componentes comunes utilizados por las compaas de servicios.stos abarcan los dispositivos electrnicos y los elementos de sellado.La clasificacin HPHT-hc define los ambientes improbables en los pozos depetrleo y gas, si bien existen pozos geotrmicos que exceden los 500F.

0

100

200

300

400

500

600

40 00035 00030 00025 00020 000

Presin esttica del yacimiento, lpc

15 00010 0005 0000

Temperaturaestticadelyacimiento,F

150C

69MPa

138MPa

241MPa

HPHT

Ultra-HPHT

HPHT-hc

205C

260C

>Los resultados de la falla. Esta herramienta fall al ser expuesta a presioneslevemente superiores a su rango operativo. La falla se inici en la conexinde tipo anillo roscado, donde el sello estanco era ms vulnerable. El resultadofue la prdida catastrfica de las herramientas por encima y por debajo dela falla causada por la irrupcin repentina de lodo de perforacin del pozo.

2,50 cm


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Volumen 24, no.3 9

Las herramientas que emplean motores y

bombas de fondo de pozo de alta potencia, tales

como las herramientas de muestreo y adquisicin

de datos de presin, son algunos ejemplos de

herramientas que generan considerable calor;

mucho ms que la mayora de las otras herramien-

tas de evaluacin. Las cargas trmicas generadas

por estas herramientas pueden elevar rpida-

mente la temperatura existente en el interior de

un receptculo por encima del rango operativo de

los componentes electrnicos. Por consiguiente

es probable que el uso de receptculos solamente

no proporcione suficiente tiempo de operacin

para concluir la tarea requerida si se utilizan

estas herramientas de alta potencia, generadora

de altas temperaturas.

Las herramientas que no generan exceso de

calor y poseen bajo consumo de energa, tales como

los medidores de presin de fondo de pozo, pueden

ser utilizadas para recolectar datos durante muchahoras, incluso das, en condiciones extremas

Para las mediciones de larga duracin en los pozos

HPHT, los receptculos no constituyen una solu

cin para estos tipos de herramientas.

Para que las soluciones aborden el problema de

calor generado automticamente o las operacio

nes extendidas en ambientes de alta temperatura

los ingenieros de diseo a menudo se concentran

en los tableros de circuitos. Mediante la maximi

zacin de la eficiencia, el anlisis del calor gene

rado por los componentes electrnicos y, siempre

que sea posible, el empleo de componentes con

requerimientos de temperatura superiores al pro

medio, los ingenieros pueden prolongar el tiempo

disponible para que las herramientas operen y

registren datos en el fondo del pozo (abajo).

>Receptculos para las barreras trmicas. El mtodo ms comn deproteccin de los componentes electrnicos sensibles contra el calorextremo implica la utilizacin de un receptculo Dewar (extremo superior).El receptculo (extremo inferior) consiste en un revestimiento de vidrio

dentro de un alojamiento metlico que sirve como capa al vaco; el vidrioy el aire son malos conductores del calor. Los aislantes trmicossituados en cada extremo aslan la seccin correspondiente a loscomponentes electrnicos. El calor generado internamente de loscomponentes electrnicos queda retenido en el interior de la herramientay puede producir su sobrecalentamiento.

Componentes electrnicos

Capa al vaco

Aislantes trmicos

Receptculo Dewar

>Generacin de imgenes trmicas. Las imgenes infrarrojas revelan puntos calientes localizados y componentes electrnicos sobrecargados ( izquierda)Es probable que los componentes idnticos de un tablero de circuito (derecha) no tengan la misma carga. Las diferencias de carga grandes pueden seridentificadas utilizando el proceso de generacin de imgenes trmicas y pueden requerir el rediseo del tablero de circuito. Las soluciones pertinentesincluyen el cambio de la disposicin para redistribuir la carga o la instalacin de disipadores trmicos para alejar el calor de las reas objetivo.

Puntos calientes trmicos Carga desbalanceada

Temperatura, C

24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48

5. API: Protocol for Verification and Validation of HPHTEquipment, Washington, DC: API, Informe TcnicoPER15K-1, 1a ed., 2012.

6. DeBruijn et al, referencia 1.7. Para obtener ms informacin sobre las herramientas

de adquisicin de registros Xtreme, consulte: DeBruijnet al, referencia 1.


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10Oilfield Review

La elaboracin de componentes que toleran

altas temperaturas se ha vuelto cada vez ms difi-

cultosa. El motor de la industria electrnica son

los productos de consumo que utilizan compo-

nentes electrnicos plsticos no diseados para

ser utilizados siquiera en condiciones de tempe-

ratura moderadamente alta; por ejemplo, de ms

de 125C [257F]. Los componentes plsticos se

componen a menudo de plaquetas (chips), o pas-

tillas, de silicio, envueltas en un sobreembalaje

de plstico. Estos componentes no toleran los

rigores de los ambientes extremos porque el

sobreembalaje falla primero debido a los efectos

de la temperatura, aunque el componente elec-

trnico que se encuentra debajo puede no haber

experimentado fallas. Por otra parte, los fabri-

cantes tratan los componentes electrnicos pls-

ticos con productos qumicos incombustibles.

Estos productos qumicos contienen compuestos

voltiles que se liberan cuando existen tempera-

turas elevadas. Adems, estos productos qumi-

cos son altamente corrosivos.

>Modo de falla de los componentes electrnicos. Cuando los componentes electrnicos fallan, el modo puede atribuirse a menudo a fallas mecnicasocasionadas por choques y vibraciones. Es posible que se formen fisuras en las conexiones ( izquierda) que tarde o temprano se rompern bajo la accinrepetida de la carga. En los medios sellados de las herramientas de adquisicin de registros, puede suceder que se liberen productos qumicos corrosivosdesde los tableros de circuitos y otros componentes. A temperaturas elevadas, la corrosividad de estos productos qumicos se acelera, lo que daa loselementos electrnicos sensibles (extremo superior derecho). Si las herramientas se abren para efectuar reparaciones o tareas de mantenimiento, lahumedad presente en el aire tambin puede constituir un problema. Cuando se dispone de espacio, pueden utilizarse desecantes en el interior de losalojamientos de las herramientas para proteger los componentes electrnicos contra la corrosin a travs de la absorcin de la humedad y de losproductos qumicos volatilizados (extremo inferior derecho).

Siete das a 150C con desecante

Siete das a 150C sin desecante

1 000

200

50

Cua fisurada

Cua

rota

>Diseo para los extremos. Para garantizar que las herramientas operen con temperaturas extremas, los ingenieros utilizan componentes que se basan enel material cermico y metlico subyacente (centro) sin la envoltura de plstico empleada normalmente en los componentes electrnicos para consumo.Los componentes cermicos pueden combinarse en mdulos multichip(MCMs) (izquierda). La confiabilidad de los componentes tambin puede mejorarsecon tcnicas de fabricacin tales como el uso de conexiones de poca masa (derecha), algunas de las cuales son similares en espesor a un cabello humano.

65


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Volumen 24, no.3 11

Para los ambientes de alta temperatura, los inge-

nieros de diseo de Schlumberger han aprendido a

eliminar los sobreembalajes plsticos y a utilizar

solamente las plaquetas de silicio. Estas plaque-

tas y los otros componentes se fijan directamente

en tableros de circuitos multicapas tolerantes al

calor; los cables de conexin tienen el dimetro

de un cabello humano (pgina anterior, arriba).

En algunos casos, los ingenieros crearon pastillas

patentadas que se programan y se embalan para

aplicaciones especficas y se construyen para

requerimientos de alta temperatura, las cuales

exceden las disponibles en el mercado comercial.

El anlisis extensivo de los componentes elec-

trnicos con fallas condujo a otras innovaciones

de diseo. Los componentes electrnicos pueden

fallar a temperaturas elevadas; no obstante, el

modo de falla real a menudo se atribuye a desper-

fectos mecnicos (pgina anterior, abajo). Las dos

causas ms comunes de las fallas mecnicas son

la corrosin y las vibraciones.

La corrosin puede ser problemtica porque

las temperaturas altas aceleran la corrosividad

qumica, especialmente aquella que proviene de

la presencia de humedad y gases volatilizados a

partir de los productos utilizados en la fabricacin

de los tableros de circuitos. Cuando el espacio lo

permite, se insertan desecantes en los alojamien-

tos de las herramientas para absorber los produc-tos qumicos volatilizados y la humedad.

Las tcnicas para extender el tiempo de ope-

rabilidad mitigan los efectos de la alta tempera-

tura, pero slo extienden el tiempo disponible

para que las herramientas operen a temperatu-

ras elevadas. De un modo similar, los choques y

las vibraciones no pueden eliminarse, pero con

herramientas de mejor diseo se puede incre-

mentar la integridad mecnica de las conexiones

y los componentes. La fijacin de tableros de cir-

cuitos en rieles de montaje y amortiguadores

especialmente diseados mejora la confiabilidad.

Una vez finalizados los diseos, la ejecucin de

pruebas exhaustivas y rigurosas, utilizando tanto

cargas trmicas como mecnicas, permite validar

la efectividad del diseo o identificar debilidades

que pueden ser rectificadas.

Diseado para condiciones extremas

El probador modular de la dinmica de la forma-

cin MDT ha sido el estndar industrial para el

muestreo de fluidos desde su introduccin en el

ao 1989. A lo largo de las dcadas, se ha agre-

gado a la plataforma bsica un arreglo extensivo

de herramientas de muestreo y anlisis de fondo

de pozo. Junto con las nuevas caractersticas y ser-

vicios, se han implementado numerosas modifica-

ciones para mejorar la confiabilidad y el desempeo

de la herramienta, pero el diseo bsico y la dis-

posicin de los componentes electrnicos y el

hardware no han cambiado.

En los aos transcurridos desde la introduc-

cin de la herramienta MDT, los ingenieros de

Schlumberger han diseado herramientas para

tolerar altos niveles de choques y vibraciones; lasfuentes principales de la mayora de las fallas de

los componentes electrnicos. El motor principal

para el establecimiento de estndares ms eleva-

dos fueron los requerimientos de las herramientas

LWD, que operan en condiciones extremadamente

rigurosas. Los ingenieros especialistas en diseo

de herramientas han integrado las tcnicas desa

rrolladas para las herramientas LWD en las herra

mientas operadas con cable, y los nuevos diseos

de las herramientas operadas con cable satisfacen

los estndares LWD siempre que es posible.

Para aprobar estos nuevos estndares de apti

tud, la herramienta MDT no slo podra ser mejo

rada sino que requerira un rediseo completo

Esta herramienta recin diseada fue introdu

cida como el probador modular reforzado de la

dinmica de la formacin MDT Forte. Los siste

mas electrnicos para la herramienta MDT Forte

fueron completamente reconfigurados y montados

en un chasis reforzado (arriba). Luego, los inge

nieros sometieron el nuevo diseo a un riguroso

proceso de evaluacin.

El proceso de evaluacin asociado con la tem

peratura de la plataforma MDT Forte implic e

envejecimiento trmico de los componentes, e

ciclado trmico de 40C a 200C [40F a

392F], y el almacenamiento en fro a 55C

[67F]. La evaluacin relacionada con los cho

ques y las vibraciones incluy miles de choques

impartidos en tableros de circuitos individuales

administrados en diferentes ejes mediante la

rotacin de los tableros en el centro de prueba

Las pruebas de vibraciones de los tableros consis

tieron en barridos oscilantes entre 10 y 450 Hz

Adems, los ingenieros efectuaron pruebas deciclos de presin, transmisibilidad de vibracione

y transmisibilidad de choques transversales. Y des

pus de evaluar los tableros, llevaron a cabo eva

luaciones relacionadas con la temperatura y los

choques en arreglos de herramientas completos

adems de operaciones extendidas en condicio

>Robustecimiento y mejoramiento de las herramientas. Los diseos de las herramientas ms antiguas, como los de las herramientas MDT de primerageneracin (izquierda), utilizaban componentes discretos y tableros de circuitos fijados en un mandril central. Estos diseos fueron reemplazados por

tableros montados en forma rgida en rieles slidos, tales como los utilizados en la herramienta MDT Forte (derecha). Este procedimiento asla loscomponentes electrnicos sensibles de los choques y las vibraciones y adems ayuda a disipar el calor. Muchos de los cambios de diseo fueronintroducidos a partir de las lecciones aprendidas con el desarrollo de las herramientas LWD; las herramientas de generacin ms nueva estndiseadas para aprobar, cuando es posible, los estndares vigentes para las herramientas LWD en materia de choques y vibraciones.

Diseo original Rediseo


9/16

12Oilfield Review

nes de baja y alta temperatura, incluida una ope-

racin a 210C [410F] durante 100 h mientras

se impartan choques en el arreglo de herramien-

tas (arriba).

Estas pruebas confirmaron que el nuevo

diseo poda tolerar choques mecnicos y vibra-

ciones adems de choques trmicos, por lo que

satisfaca los estndares de aptitud con los que no

cumplan las herramientas de generacin previa.

Los rangos de temperatura y presin de opera-

cin de la herramienta MDT Forte son: 177C

[350F] y 172 MPa [25 000 lpc].

Los ingenieros especialistas en diseo se con-

centraron en el desarrollo de una herramienta

con la confiabilidad mejorada de la herramienta

MDT Forte, pero que adems pudiera tolerar tem-

peraturas y presiones ms altas. El resultado es la

versin reforzada para condiciones de alta tem-

peratura MDT Forte-HT, que est diseada para

soportar 204C [400F] y 207 Mpa [30 000 lpc].

Para satisfacer los requerimientos de presin

de 207 MPa de las herramientas MDT Forte-HT,

los ingenieros emplearon tecnologa de selladoinnovadora con nanotubos de carbono incorpora-

dos en los anillos de sello de seccin circular.

La estructura de estos elementos de sellado propor-

ciona resistencia para tolerar los efectos de fondo

de pozo, tales como la degradacin trmica y la des-

compresin rpida de gas durante las operaciones.

Los sellos, que proporcionan un aseguramiento delas muestras no obtenible con los elastmeros con-

vencionales, conservan la plena capacidad a alta pre-

sin, incluso con las bajas temperaturas submarinas

experimentadas rutinariamente durante la bajada

en el pozo en los ambientes de aguas profundas.

Los ingenieros tambin perfeccionaron el

medidor de presin utilizado para la herramienta

MDT a travs del agregado de un medidor de

cuarzo de nueva generacin apto para 207 MPa y

200C durante 100 h. Para ello, se desarroll y se

coloc en la lnea de flujo un sensor InSitu Density

para condiciones de alta temperatura, que moni-

torea la densidad del fluido y ayuda a mejorar la

calidad de las muestras de fluidos. La medicin de

la densidad del fluido proporciona la capacidad

para identificar el fenmeno de gradacin com-

posicional y los gradientes de fluidos en condicio-

nes HPHT; la primera vez que se cuenta con estas

mediciones en estos ambientes.

A partir de la versin MDT Forte-HT, el

mdulo de empacador dual tambin fue perfec-

cionado para tolerar 210C. Este mdulo utiliza

elementos de sellado por encima y por debajo de

la zona de inters a fin de aislar las formaciones

para el muestreo (izquierda). Los elementos del

empacador inflable aslan un intervalo cuya lon-

gitud oscila entre 1 y 3,4 m [3,3 y 11,2 pies].

El mdulo de bombeo plante uno de los

aspectos ms desafiantes del mejoramiento de

las herramientas MDT para los rangos de tempe-

raturas y presiones ms altos. El mdulo de bom-

beo es importante para asegurar la obtencin de

una muestra confiable de fluido de formacin.

Este mdulo utiliza una bomba de desplaza-

miento positivo para transferir al pozo los fluidos

de formacin que pueden estar contaminados con

filtrado de lodo de perforacin hasta que el flujo

de muestreo se libera de impurezas. Cuando lacalidad del flujo es aceptable, se toman y se recu-

peran las muestras para el anlisis.

8. Para obtener ms informacin sobre el dispositivoQuicksilver Probe, consulte: Akkurt R, Bowcock M,Davies J, Del Campo C, Hill B, Joshi S, Kundu D, Kumar S,OKeefe M, Samir M, Tarvin J, Weinheber P, Williams S yZeybek M: Muestreo guiado y anlisis de fluidos en elfondo del pozo, Oilfield Review 18, no. 4 (Primaverade 2007): 421.

>Agregados de la herramienta MDT Forte-HT.Los ingenieros disearon los mdulos y lasherramientas para complementar el nuevorequerimiento de temperatura ms alta dela sarta de herramientas MDT Forte-HT.Este empacador inflable de dimetro completo

tolera temperaturas de hasta 210C.

Empacador inflable mejorado

Temperaturaambiente

400F

Factor de cargadel 75%

Prueba de choque Prueba de choque Prueba de choque

Factorde cargadel 75%

45 h 5 h 45 h 5 h




50 h 50 h 50 h

>Prueba conceptual. La plataforma de la herramienta MDT Forte (extremo inferior) fue diseada paraaprobar los estndares de choques y vibraciones, similares a los aplicables a las herramientas LWD.El procedimiento de evaluacin de la herramienta, en el que se utiliza el equipo de laboratoriomostrado (extremo superior izquierdo), somete la herramienta a ciclos de variaciones de temperaturay simultneamente a choques mecnicos reiterados. El ciclo de prueba (extremo superior derecho),que es slo uno de varios, eleva la temperatura hasta el lmite de la herramienta y la mantiene elevada

durante 50 h. A continuacin, se deja que la herramienta vuelva a las condiciones ambiente y se lasomete a cincuenta choques de 250 gnen cuatro ejes. Luego, el ciclo se reitera. Estas pruebas ayudana identificar las debilidades del diseo y adems a validar los conceptos de diseo.


10/16

Volumen 24, no.3 13

Ahora, se dispone de cuatro unidades nuevas

de desplazamiento en el mdulo de bombeo para

satisfacer una diversidad de requerimientos,

desde una versin estndar hasta una versin de

presin extra, extra alta (arriba). Los ingenieros

disearon una nueva bomba de operacin ms

eficiente: para generar menos calor, resistir la

obturacin y manipular los slidos del lodo de

perforacin de manera ms efectiva. El rea de

flujo incrementada de la bomba nueva reduce la

erosin del anillo de sello de seccin circular y

ofrece mejores capacidades de manejo de la pro-

duccin de arena. Los mdulos de bombeo son

compatibles con el dispositivo Quicksilver Probe.8

Frente al desafo del muestreo

El desafo de obtener muestras y presiones en con-

diciones HPHT se extiende ms all de la mera

capacidad para adquirir fluidos o datos de presin.

El tiempo de muestreo debe minimizarse para evi-

tar el dao de la herramienta con el calor gene-

rado internamente y la exposicin al calor externo;

no obstante, la muestra debe estar tan libre de

contaminacin como sea posible para asegurar que

los fluidos recolectados por la herramienta y anali-

zados en el laboratorio sean representativos de los

fluidos de formacin. En una prueba reciente, un

operador del Mar del Norte corri con xito una

sarta de herramientas MDT Forte-HT que incluy

dos herramientas de bombeo, un arreglo

Quicksilver Probe y los mdulos de anlisis de

fluidos de fondo de pozo.

El pozo fue perforado con lodo a base de aceite

(OBM) en un yacimiento con presiones superio-

res a 17 000 lpc [117 MPa]. Adems de las altas

presiones de fondo de pozo, el operador debi

enfrentar temperaturas de fondo de pozo oscilan-tes entre 175C y 188C [347F y 370F]. La cali-

dad de las muestras era crucial para caracterizar

con precisin los fluidos de yacimiento, aunque

las altas temperaturas limitaban el tiempo dispo-

nible para el muestreo. Las muestras deban ser

tomadas con rapidez, pero era necesario que los

fluidos fluyeran suficiente tiempo para minimizar

la contaminacin con filtrado OBM.

La presencia de filtrado OBM afecta el anli-

sis de laboratorio de los fluidos de yacimiento y es

posible que distorsione las mediciones del H2S

porque el filtrado puede barrer el H2S de los fluidos

de yacimiento. La calidad de las muestras y la con-

fiabilidad de las mediciones de las propiedades de

los fluidos se mejoran cuando los ingenieros, utili

zando el mdulo de bombeo, remueven primero lo

fluidos contaminados con filtrado. El dispositivo

Quicksilver Probe, que utiliza una tcnica de

muestreo guiado, acorta considerablemente e

tiempo requerido para remover los fluidos conta

minados y alcanzar niveles de pureza aceptables

reduciendo el tiempo de muestreo a la mitad res

pecto del tiempo de muestreo requerido con lasprobetas convencionales.

Para el pozo en cuestin, el operador del Mar de

Norte recolect varias muestras PVT de alta calidad

en un solo viaje (abajo). La contaminacin con fil

trado para todas las muestras fue del 2% o menor

El anlisis de fluidos en el fondo del pozo propor

>Opciones del mdulo de bombeo MDT.

Herramientaestndar

Volumen/embolada,cm3[pulgada3]

485 [30] 366 [22] 177 [11] 115 [7]

32 [4 641] 42 [6 092] 58 [8 412] 81 [11 748]

8,2 a 32,8[0,5 a 2]

6,3 a 24,6[0,4 a 1,5]

4,4 a 18,3[0,3 a 1,1]

0,8 a 16[0,05 a 1]

Tasa de flujo de bombeo,cm3/s [pulgada3/s]]

Presin diferencialmxima, MPa [lpc]

Herramienta dealta presin

Unidades de desplazamiento del mdulo de bombeo

Herramienta de presinextra alta

Herramienta de presinextra extra alta

>Muestreo de calidad en condiciones extremas. Utilizando una tcnica de muestreo reverso de bajo

impacto, un operador del Mar del Norte pudo identificar los contactos y la composicin de los fluidosen condiciones de pozo cercanas a los 370F con la herramienta MDT Forte-HT. Las muestras fueronrecolectadas con el arreglo Quicksilver Probe, y la contaminacin con filtrado fue inferior al 2%.Al operador le interesaba el contenido de CO2(Carril 1, prpura, extremo superior), que podaderivarse del anlisis de la composicin de los fluidos. El color azul del carril correspondiente a lacomposicin en la Estacin 5 identifica un contacto de agua. Durante el intervalo de tiempo mostradoen la grfica de muestreo (centro), el flujo consisti en hidrocarburos con vestigios de CO 2. El cambioproducido en la relacin gas-petrleo (GOR) (verde, extremo inferior) a 2 750 s se asoci con uncambio de direccin del muestreo reverso de bajo impacto. El contenido preciso de H 2S fue medido enla corriente de flujo utilizando probetas especialmente diseadas para tal aplicacin. Los bajos nivelesde filtrado OBM generaron muestras no alteradas por la contaminacin con filtrado y el muestreoreverso de bajo impacto minimiz el barrido de H2S por los componentes metlicos de la herramienta.

YY 000

XX 000

GOR

20

40

6080

100

0

pie

/bbl

Composicindelfluido,

%

Profundidad

CO2 C1 C2 C35 C6+

Tiempo transcurrido, s

2 500 3 500 4 500 5 5003 000 4 000 5 0002 000

Tiempo transcurrido, s

2 500 3 500 4 500 5 5003 000 4 000 5 0002 000

Composicin del fluido Presin GOR Movilidad

lpc pie3/bbl mD/cPXX 000 YY 000 0,2 2 000CO2 C1 C2 C35 C6+

Estacin 1

Estacin 2

Estacin 3

Estacin 4

Estacin 5


11/16

14Oilfield Review

cion la composicin de los fluidos, el contenido de

CO2, la relacin gas-petrleo y la fluorescencia.

Dado que la presencia de H2S constitua una

preocupacin para el operador, la herramienta

MDT fue configurada para el muestreo reverso de

bajo impacto. Esta tcnica ayuda a minimizar el

barrido de H2S con el hardware de la herramienta

y con el filtrado OBM. La tcnica de muestreo de

bajo impacto mantiene la presin de las cmaras

de pistn del mdulo de bombeo en valores cer-

canos al de la presin del pozo, minimizando la

cada de la presin durante el muestreo. Esta tc-

nica produce mejores resultados que las tcnicas

que introducen el fluido de formacin en las

cmaras a presin atmosfrica. El muestreo

reverso de bajo impacto introduce el fluido direc-

tamente en las botellas para muestras sin pasarlo

por el mdulo de bombeo, lo que reduce la posibi-

lidad de que el hardware metlico barra el H2S, si

bien se toman precauciones adicionales para

minimizar el barrido, incluido el reemplazo de

las partes expuestas por aleaciones de INCONEL

y su revestimiento con compuestos que inhiben la

adsorcin de H2S. En las lneas de flujo de laherramienta, se incluyeron barras metlicas

probetas especialmente diseadas, que detec-

tan las concentraciones de H2S.

Las propiedades de los fluidos, medidas en el

fondo del pozo en condiciones de presin y tempe-

ratura extremas, fueron confirmadas por el anli-

sis de laboratorio. Combinada con un arreglo

Quicksilver Probe, la herramienta MDT Forte-HT

alcanz los objetivos de muestreo del operador:

obtencin de un fluido de yacimiento no contami-

nado, determinacin de la concentracin de CO2y

deteccin del H2S.

Presin de yacimiento solamente

Los operadores no siempre pueden recolectar

muestras de fluidos o efectuar anlisis complejos de

fluidos de fondo de pozo, ni siempre lo necesitan.

Estas tareas son particularmente problemticas

en las formaciones de baja permeabilidad en las

que puede resultar difcil obtener muestras de

fluidos o se requieren tiempos de muestreo largos.

No obstante, la obtencin de datos precisos de

presin y movilidad de fluidos es importante para

la comprensin de estos yacimientos.9Estos datos

resultan especialmente cruciales para el estable-

cimiento de gradientes de fluidos y la identifica-

cin de contactos de fluidos. Los ingenieros de

Schlumberger desarrollaron el servicio de medi-

cin de la presin de yacimiento durante la

adquisicin de registros PressureXpress, que

habitualmente mide la presin de fondo de pozo

y la movilidad en menos de un minuto, para abor-

dar aquellas situaciones en las que los datos de

presin solos pueden resultar suficientes.

La velocidad con la que este servicio propor-

ciona mltiples mediciones mejora considerable-

mente la probabilidad de xito de las operaciones

a temperaturas elevadas, si bien la herramientaoriginal est diseada solamente para tolerar

150C [300F]. Las menores temperaturas que

puede tolerar la herramienta y la falta de un recep-

tculo para proteger los componentes sensibles

limitaron considerablemente la utilizacin de la

herramienta en ambientes HPHT. Para abordar el

desafo de las operaciones en condiciones HPHT,

se desarroll una versin ms robusta.

>Transductor de presin Quartzdyne. Tres resonadores de cristal de cuarzoun sensor de temperatura, un sensor de presin y uno de referenciacomponen el transductor Quartzdyne. Un incremento de la presin en laentrada de presin del arreglo de fuelle produce un incremento de lafrecuencia de la seal proveniente del cristal de presin. Un incremento dela temperatura produce la reduccin de la frecuencia de la seal del cristal

de temperatura. La seal proveniente del sensor de temperatura se utilizapara compensar los efectos de la temperatura. El cristal de referenciasimplifica la salida del conteo de frecuencias proveniente de los otrosdos cristales. Su salida se mezcla con la salida de los sensores de

temperatura y presin, reduciendo sus frecuencias del rango de MHz alrango de kHz. El diseo se traduce en un medidor de consumo de bajaenerga que es altamente estable y resistente a los choques, a la vez quese proveen mediciones de alta resolucin. Mediante la utilizacin de estemedidor se puede obtener una resolucin de presin de 0,01 lpc [70 Pa] yuna resolucin de temperatura de 0,001C [0,002F].

Entradade presin

Fuelle

Cristal de temperatura

Cristal de presin

Cristal de referencia

Arreglo de fuelleArreglo de sensores

2,50 cm

>Aislamiento trmico del medidor de presin de la herramienta PressureXpress. La herramientaPressureXpress-HT asla el medidor de presin y el resto de los componentes electrnicos enreceptculos separados, lo que protege el medidor de las temperaturas de pozo externas y del calorgenerado internamente en los componentes electrnicos. Una comparacin entre las medicionesobtenidas con un sensor alojado en un receptculo (rojo) y un sensor sin receptculo (azul) demuestrala mayor precisin y estabilidad del primero. La salida del sensor sin receptculo se estabiliza con lapresin de entrada (3 391,99 lpc) despus de casi 150 s.

Presin,

psi

3 390

3 389

3 3880 10 20

Tiempo, s

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

3 393

3 392

3 391

3 391,99 lpc

3 390,03 lpc

Comparacin de los datos de presin


12/16

Volumen 24, no.3 15

A fin de mejorar el diseo de la herramienta

PressureXpress, los ingenieros se enfocaron en

los componentes electrnicos y en el medidor

de presin. Las mediciones de presin con los

medidores de cuarzo son altamente precisas, pero

los datos deben ser corregidos por la temperatura.

Esta correccin por la temperatura se refiere a la

electrnica de las mediciones, ms que a la tem-

peratura de yacimiento.

Para las mediciones de presin de fondo depozo, los servicios de medicin de la presin de

yacimiento en condiciones de alta temperatura

PressureXpress y PressureXpress-HT utilizan un

medidor Quartzdyne, que difiere de los medidores

de cuarzo convencionales en que posee tres crista-

les independientes: uno mide la presin, otro mide

la temperatura y un tercero acta como referencia

(pgina anterior, arriba).10La medicin es extre-

madamente precisa cuando los tres cristales se

encuentran a la misma temperatura, y el medidor

es confiable a temperaturas de hasta 225C

[437F], aunque resulta sensible a los cambios

abruptos de presin y temperatura. Si se expone a

cambios rpidos de alta temperatura y presin, que

pueden producirse cuando se baja la herramienta

en el pozo con cable, es preciso dejar estabilizar el

medidor antes de la adquisicin de los datos.

La herramienta PressureXpress-HT est pro-

vista de dos receptculos uno para el medidor

de presin y otro para los componentes electrni-

cos para aislar el sensor del medidor de presin

del pozo y aislar el resto de los componentes elec-

trnicos de la herramienta del medidor. Se ha

demostrado que esta configuracin provee medi-

ciones ms estables que las obtenidas con las

herramientas sin receptculos o cuando los com-

ponentes electrnicos se alojan con el medidor

en el mismo receptculo (pgina anterior, abajo).

Los componentes electrnicos para la herra-

mienta PressureXpress-HT tambin fueron perfec-

cionados sobre la base de muchas de las lecciones

aprendidas a partir del diseo de la herramienta

MDT Forte-HT.

Las modificaciones de la herramienta

PressureXpress-HT extendieron el rango de ope-

racin de la herramienta a temperaturas de hasta

232C [450F] durante 14 h. Las mediciones de

presin y movilidad pueden obtenerse con presio-nes diferenciales de hasta 55 MPa [8 000 lpc] y es

posible detectar valores de movilidad en los

pre-ensayos de tan slo 0,3 mD/cP. La herra-

mienta conserva su dimetro reducido, incluso

con el agregado de los receptculos. La seccin

correspondiente a la probeta puede tener tan

slo 10,3 cm [4,05 pulgadas], en tanto que el

cuerpo principal de la herramienta posee un di-

metro de apenas 9,8 cm [3,9 pulgadas].

Los desafos del Golfo de Tailandia

Dados los altos gradientes geotrmicos, las regio-

nes meridionales del Golfo de Tailandia constituyen

algunos de los ambientes ms rigurosos del mundo

para la produccin de hidrocarburos (arriba).

El campo Arthit del Golfo de Tailandia se encuen-

tra situado en el rea marina a una distancia de

unos 230 km [143 mi] y fue descubierto por PTT

Exploration and Production Plc (PTTEP) en el

ao 1999. El campo se caracteriza por los yaci-

mientos complejos e intensamente compartimen-

talizados que poseen temperaturas de fondo de

pozo variables entre 160C [320F] y 260C

[500F].11

La produccin proviene de formaciones de

edad Eoceno Tardo a Oligoceno Temprano que se

caracterizan por su baja permeabilidad. Las for-

maciones de baja permeabilidad pueden requerir

un tiempo de muestreo prolongado, aunque slo

se adquieran presiones y datos de movilidad.

La mayor parte de los pozos son pequeos y nor-

malmente se perforan con una barrena de 61/8pul-

gadas, lo que limita el tamao y la seleccin de

las herramientas que pueden operarse en la pro

fundidad final (TD). Debido al tamao pequeo

de los pozos, PTTEP histricamente adquiri

datos de presin y muestreo con un probador de

formacin a repeticin para pozos de dimetro

reducido SRFT. Aunque diseada slo para tole

rar una temperatura de hasta 177C [350F]

esta herramienta era una de las pocas opciones

disponibles para el tamao de pozo perforado

generalmente en el campo. Las mediciones

9. La movilidad del fluido es una medicin de la facilidadcon la que se desplazan los fluidos a travs de las rocasSe trata de la relacin entre la permeabilidad de lasrocas y la viscosidad dinmica del fluido.

10. Para obtener ms informacin sobre QuartzdyneTechnologies, consulte: http://www.quartzdyne.com/quartz.php (Se accedi el 7 de agosto de 2012).

11. Daungkaew S, Yimyam N, Avant C, Hill J, SintoovongseK, Nguyen-Thuyet A, Slapal M, Ayan C, Osman K,Wanwises J, Heath G, Salilasiri S, Kongkanoi C,Prapasanobon N, Vattanapakanchai T, SirimongkolkittiA, Ngo H y Kuntawang K: Extending Formation TesterPerformance to a Higher Temperature Limit, artculoIPTC 14263, presentado en la Conferencia Internacionalde Tecnologa del Petrleo, Bangkok, Tailandia, 7 al 9 defebrero de 2012.

>Tendencia de temperatura en el Golfo de Tailandia. Las temperaturas deyacimiento en el Golfo de Tailandia varan entre relativamente benignas enel norte y temperaturas extremas de 260C [500F] en el sur. El desarrollo decampos petroleros en los yacimientos de alta temperatura, tales como elcampo Arthit, presenta desafos para los equipos utilizados en el fondodel pozo. (Adaptado de Daungkaew et al, referencia 11.)

T A I L A N D I A

L A O S

M Y A N M A R

C A M B O D I A

V I E T N A M

Campo

Arthit

Songkhla

Golfod

eTailand

ia

MardeAndamn

180F a

220F

220F a

320F

320F a

350F

350F a

500F

km0 200

0 mi 200


13/16

16Oilfield Review

requeridas de la herramienta incluyeron la pre-

sin de formacin, los gradientes de fluido y el

contenido de CO2. De stas, slo el contenido de

CO2requera el muestreo de fluidos. Los datos de

presin fueron utilizados para determinar los

contactos de fluidos, la movilidad de los fluidos,

la correlacin de presin entre una arena y otra,

la conectividad de los yacimientos, la comparti-

mentalizacin y la estrategia de diseo de las

operaciones de disparos. Adems, los datos fue-ron utilizados para identificar zonas agotadas.

En el ao 2009, se introdujo en Tailandia una

herramienta PressureXpress alojada en un recep-

tculo, que poda satisfacer todos los objetivos de

PTTEP salvo uno: el contenido de CO2. No obs-

tante, esta herramienta no inclua un recept-

culo independiente para el medidor de presin,

lo que produjo problemas de estabilidad del

medidor ya que la temperatura interna se ele-

vaba durante las operaciones. Posteriormente, se

aadi otra seccin alojada en un receptculo

que aislaba el medidor, lo que se tradujo en una

configuracin similar a la de la herramienta

PressureXpress-HT.

El xito de la herramienta PressureXpress

modificada condujo a los ingenieros de diseo de

Schlumberger a desarrollar una herramienta

PressureXpress-HT completamente mejorada, que

fue probada en el campo en el Golfo de Tailandia.

La herramienta, que tena incorporados compo-

nentes electrnicos mejorados para operaciones

en condiciones de alta temperatura y receptcu-

los desarrollados especficamente para ella, es

combinable con otras herramientas de evalua-

cin y puede ser incluida en el primer viaje de

entrada en el pozo. La herramienta SRFT no es

combinable y requiere un viaje adicional cuando

el operador necesita muestras.

PTTEP compar el rendimiento operacional

y de adquisicin de datos de la herramienta

PressureXpress-HT con el de la herramienta SRFT.

El tiempo de equipo de perforacin se redujo

notablemente y se lograron ahorros de tiempo

por una mayor eficiencia y los reducidos tiempos

de fijacin y retraccin; de menos de un minuto

comparados con los dos o tres minutos insumidos

con la herramienta SRFT.

La herramienta PressureXpress-HT no slo secoloca y se retrae ms rpidamente que la herra-

mienta de generacin previa, sino que adems el

desempeo y la calidad de los datos mejoran.

Una comparacin directa entre los datos obteni-

dos con la herramienta PressureXpress-HT y los

datos obtenidos con la herramienta SRFT demos-

tr la estabilidad y la precisin de las mediciones.

>Mediciones de presin estables. Los ingenieros identifican los contactos de fluidos a partir de losgradientes de presin de fluidos. Esta informacin mejora la evaluacin de registros convencionales.Por ejemplo, el incremento de la resistividad (carril 4) a alrededor de X 115 pies podra interpretarsecomo un contacto agua-gas (GWC). Los datos de densidad-porosidad neutrn (carril 3) proveen pocaayuda para la determinacin del contacto de fluidos. No obstante, con los datos de presin aalrededor de X 120 pies, obtenidos con la herramienta PressureXpress-HT (carril 1, crculos azules),es posible identificar un GWC a partir del cambio de la pendiente de una lnea trazada a travs delas mediciones de presin. Con los datos SRFT, no se puede establecer este tipo de tendencia(crculos negros). Los ingenieros identificaron adems zonas permeables utilizando las mediciones

de movilidad de los fluidos derivadas de los datos PressureXpress-HT (Carril 2). (Adaptado deDaungkaew et al, referencia 11.)

Movilidad a partir dela cada de presin

Induccin de 90 pulgadas

Datos de presin PressureXpress

Datos de presin SRFT

Datos de movilidadPressureXpress

Datos demovilidad SRFT

Rayos gamma

0,319 lpc/pie (gas)

0,401 lpc/pie (agua)

Contacto agua-gas

Prof.,pies

API

lpc

lpc

mD/cP0

X 000 Y 000

X 100

X 150

X 000 Y 000

200 0,1 10 000

ohm.m0,2 200


ohm.m0,2 200


ohm.m0,2 200

Porosidad-neutrn

Cruce

%

Densidad volumtrica

g/cm31,95 2,95

45 15

Resistividad

>Comparacin entre los resultados de campo obtenidos con la herramienta PressureXpress-HT ylos datos SRFT. En la primera prueba de pozo (Pozo A-1), la herramienta PressureXpress-HT pudoefectuar ms intentos y obtuvo un ndice de xito ms alto que la herramienta SRFT. En el pozo A-2,slo se corri la herramienta PressureXpress-HT. Esta prueba mostr un ndice de xito del 76% paralos intentos relacionados con la presin, valor que los ingenieros consideraron excelente dadas lascondiciones de fondo de pozo y las propiedades de formacin. (Adaptado de Daungkaew et al,referencia 11.)

DatosPressureXpress-HT

Datos SRFT

Pozo A-1

Resultados de campo

Datos

PressureXpress-HT

Pozo A-2

Nmero de intentos

37

10

Nmero de intentos

29

Nmero de intentos

Vlidos

18 (49%)

2 (20%)

Vlidos

22 (76%)

Vlidos

Secos

2 (5%)

2 (20%)

Secos

6 (21%)

Secos

Angostos

10 (27%)

1 (10%)

Angostos

1 (3%)

Angostos

Inestables

2 (5%)

1 (10%)

Inestables

0

Inestables

Prdidas de sello

4 (11%)

4 (40%)

Prdidas de sello

0

Prdidas de sello

Sobrecarga

1 (3%)

0

Sobrecarga

0

Sobrecarga


14/16

Volumen 24, no.3 17

En un pozo del Golfo de Tailandia, la nueva herra-

mienta proporcion datos de gradientes de flui-

dos que permitieron identificar claramente un

contacto gas-agua, en tanto que los datos obteni-

dos con la herramienta SRFT fueron dispersos y

no definitivos(pgina anterior, arriba).

Una comparacin de los datos de los pre-ensa-

yos, derivados de la primera aplicacin de la herra-

mienta, demostr la mayor eficiencia y el desempeo

mejorado de la herramienta PressureXpress-HT(pgina anterior, abajo). El desempeo continu

mejorando luego de las primeras operaciones; en

un pozo vecino, el 76% de las pruebas de presin

intentadas result exitoso y no se registraron

pruebas inestables ni prdidas de sellos.

La herramienta es combinable con otras herra-

mientas de adquisicin de registros. Dado que se

coloca y se retrae rpidamente, y debido a que el

medidor de cuarzo requiere poco tiempo de esta-

bilizacin, PTTEP experiment ahorros de tiempo

promedio de entre 157 y 167 minutos por opera-

cin, lo cual se tradujo en ahorros de costos direc-

tos de tiempo de equipo de perforacin. Los rpidos

ciclos de fijacin y retraccin tambin permitie-

ron a PTTEP efectuar ms pruebas antes de que

la herramienta se recalentara y debiera ser

extrada del pozo.

El xito de la herramienta PressureXpress-HT

demuestra que el nuevo diseo satisface el desafo

que plantean las condiciones extremas mediante la

proteccin de los componentes electrnicos sen-

sibles con barreras trmicas y la minimizacin de

la generacin de calor. Dado que la herramienta

PressureXpress no posee la capacidad para mues-

trear o medir el CO2, PTTEP contina utilizando la

herramienta SRFT para extraer muestras de flui-

dos. En los pozos de desarrollo, donde las propie-

dades de los fluidos son conocidas, el muestreo de

fluidos es a menudo innecesario y los datos de pre-

sin, obtenidos por ejemplo con la herramienta

PressureXpress-HT, pueden ser utilizados para el

manejo y el modelado de yacimientos. La informa-

cin de presin ayuda a los ingenieros a compren-

der las propiedades dinmicas existentes en el

pozo y en un yacimiento.

El tiempo y la temperatura

Para conocer los lmites de un yacimiento y defi-nir el potencial de un campo, a menudo los inge-

nieros efectan pruebas de presiones transitorias

de larga duracin. Las pruebas de cierre y de res-

tauracin de presin ayudan a definir con preci-

sin el potencial de un yacimiento y proporcionan

datos sobre su volumen, permeabilidad, espesor y

lmites, adems del efecto de dao mecnico en

el pozo sometido a prueba.

Las decisiones cruciales que afectan los pla-

nes de produccin a largo plazo requieren datos

derivados de pruebas de larga duracin. Si bien

algunas mediciones que reflejan la produccin de

los pozos pueden obtenerse en la superficie, para

lograr resultados ptimos, los datos se adquieren

con los medidores posicionados en el fondo del

pozo, lo ms cerca posible de la zona productiva.

Los medidores de cuarzo constituyen el estn-

dar de la industria para la exactitud y la precisin

de las mediciones en el fondo del pozo. Estos medi-

dores utilizan cuarzo como elemento sensor activo

debido a su elasticidad bien definida. Cuando se

expone a un esfuerzo, el cuarzo se distorsiona, o se

deforma, con una respuesta repetible precisa

como reaccin a la carga aplicada. La medicin

debe ser calibrada para compensar los efectos de

la temperatura en el elemento sensor y los compo-

nentes electrnicos asociados. No obstante, en los

ambientes HPHT, los operadores han tenido querenunciar a las pruebas de pozos prolongadas por-

que las condiciones de fondo de pozo impiden la

utilizacin de los medidores necesarios para obte-

ner las mediciones.

Los ingenieros de Schlumberger desarrolla-

ron el medidor de cuarzo Signature al reconocer

la necesidad de la industria de contar con un dis-

positivo robusto de fondo de pozo, que proporcio-

nara la exactitud y la precisin requeridas, y que

pudiera tolerar las condiciones rigurosas de los

ambientes HPHT (arriba). El instrumento no slo

subsiste en los ambientes HPHT tarea nada

sencilla sino que adems los datos adquiridos

satisfacen los criterios de precisin y estabilidad

necesarios. Para el desarrollo del medidor

Signature, los ingenieros se concentraron en do

mbitos de inters principales: los componentes

electrnicos y las bateras.

Para las aplicaciones en condiciones de alta

temperatura, los ingenieros optaron por los compo

nentes electrnicos de cermica; los componentes

plsticos nunca resistiran las temperaturas extre

mas en las pruebas de larga duracin. Gran parte

de la funcionalidad electrnica del medidor

Signature se encuentra incorporada en un circuito

integrado de aplicacin especfica (ASIC), que

minimiza el tamao de los componentes y el con

sumo de energa. La limitacin del consumo deenerga constituye un desafo porque el consumo

se incrementa significativamente a altas tempera

turas, excediendo a menudo la capacidad de la

batera para suministrar corriente suficiente para

la operacin de la herramienta.

La condensacin de los componentes electr

nicos en un ASIC reduce el nmero de componen

tes, conexiones y mecanismos potenciales de falla

>Medidor Signature. El dimetro externo del medidor Signature es de slo25 mm [1 pulgada] y la herramienta pesa 1,7 kg [3,8 lbm]. Diseado para207 MPa y 210C, el medidor posee una precisin de 0,015% a escalacompleta y una resolucin de 7 Pa [0,001 lpc].


15/16

18Oilfield Review

Dado que el modo de falla predominante de los

componentes electrnicos es mecnico, este

diseo fue desarrollado teniendo en cuenta la

confiabilidad y la robustez.

El circuito electrnico se encuentra inte-

grado en un mdulo multichip(MCM). Existen

muchos tipos de MCMs pero el medidor Signature

utiliza componentes electrnicos rigurosamente

probados para altas temperaturas, dispuestos en

un substrato cermico simple sinterizado

(izquierda).12 Esta tecnologa provee rigidez

mecnica y hermeticidad.

Hasta los componentes electrnicos que sobre-

viven a la exposicin a largo plazo, a altas tempera-

turas, necesitan energa para operar. Dado que el

punto de fusin del litio es de 181C [358F], las

bateras de litio convencionales el estndar

industrial no pueden ser utilizadas en pozosde alta temperatura por perodos prolongados.

Los especialistas en bateras de Schlumberger

desarrollaron bateras de litio que poseen magne-

sio incorporado para fortalecer la estructura de

las celdas de la batera, lo que permite su opera-

cin hasta una temperatura de 210C. Si bien la

vida til de las bateras sigue siendo el principal

factor limitante en las operaciones a alta tempe-

ratura, las bateras con este diseo pueden sumi-

nistrar energa a la herramienta durante 12 das

a 210C y durante 37 das a 205C [400F].

Para maximizar la duracin de las pruebas y

prolongar la vida til de las bateras, los compo-

nentes electrnicos estn diseados para consu-

mir un mnimo de energa durante las operaciones.

Aunque las bateras se descarguen completa-

mente, los datos se registran en la memoria no vol-

til y se almacenan durante todas las pruebas

extendidas sin que se pierda ninguna informacin.

Los medidores de cuarzo Signature se encuen-

tran disponibles en tres modelos: cuarzo estn-

dar, cuarzo para alta presin (HP) y cuarzo HPHT.

Las dimensiones fsicas de los tres medidores son las

mismas con un dimetro externo de 25 mm [1 pul-

gada], pero difieren en cuanto a electrnica, capa-

cidad de memoria y bateras. La presin mxima

de operacin de la versin HP es de 207 MPa y la

temperatura mxima es de 177C. El modelo HPHT

posee el mismo lmite de presin pero la tempera-

tura mxima es de 210C. Debido a las limitaciones

impuestas por los ambientes de alta temperatura,

la capacidad de memoria del modelo HPHT es de

12 das de registros de 1 s a temperatura mxima,

lo que contrasta con los 50 das para los otros dos

modelos.13

En el caso del medidor Signature, la exactitud

y la resolucin tanto para las mediciones de pre-

sin como para las mediciones de temperatura sonalgunas de las mejores de la industria. Los mode-

los HP y HPHT poseen una precisin de presin de

0,015% a escala completa 207 MPa con una

resolucin superior a 70 Pa [0,01 lpc]. Los resulta-

dos de campo han demostrado una resolucin

superior a 7 Pa [0,001 lpc]. La precisin de la

temperatura es de 0,2C [0,4F] con una resolu-

cin de 0,001C [0,002F].

>Cuencas de la Baha de Bengala. En el ao 2005, Gujarat State Petroleum Corporation realiz unenorme descubrimiento de gas natural en el rea marina de la India, en la cuenca de Godavari.All, las profundidades de pozo son de aproximadamente 5 500 m [18 050 pies], con temperaturasde fondo de pozo de ms de 200C. (Adaptado de Khan et al, referencia 14.)

I N D I A

SRI

LANKA

Cuenca de

Pranhita-Godavari

Cuenca deCuddapah

Chennai

Cuenca dePalar-Pennar

Cuenca deCauvery

Cuenca deKrishna-Godavari

Concesinde GSPC

Objetivos exploratoriosprofundos

Bahad

eBengal

a

km0 200

0 mi 200

km0 20

0 mi 20

>Diseados para condiciones extremas. Los componentes electrnicos(dorado) utilizados en el medidor Signature se aplican directamente en unsustrato de cermica (marrn). Las herramientas convencionales puedenutilizar componentes plsticos instalados en tableros de circuitos. El medidorSignature est diseado para un menor consumo de energa a fin de

maximizar la duracin de la batera, que constituye uno de los principalesfactores limitantes para las operaciones en condiciones de alta temperaturaen las que se utilizan bateras de fondo de pozo.

10 cm


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El desafo de la Baha de Bengala

La versin HPHT del medidor de cuarzo Signature

fue probada recientemente en un pozo operado por

Gujarat State Petroleum Corporation (GSPC).14

GSPC, la nica compaa estatal de petrleo y gas

de la India, descubri cantidades significativas de

gas natural en la cuenca Krishna-Godavari, que se

extiende hacia la Baha de Bengala, en el rea

marina de la India. Los informes iniciales de GSPC

del ao 2005 indicaron la existencia de un poten-cial de recursos de 566 000 millones de m3[20 Tpc]

de gas, el mayor descubrimiento logrado en la India

en ese momento (pgina anterior, abajo).15

El pozo descubridor encontr 800 m [2 600 pies]

de areniscas gasferas a una profundidad de 5 500 m

[18 050 pies]. Las temperaturas de yacimiento

exceden los 204C. Las estructuras intensamente

falladas de pilares y fosas tectnicas correspon-

den a areniscas de edad Cretcico inferior que

han experimentado procesos extensivos de hundi-

mientos (rifting) y fallamiento tectnico. Si bien

los datos ssmicos indicaron objetivos potenciales de

exploracin, la profundidad y complejidad del yaci-

miento condujeron a los ingenieros de yacimiento

a disear una prueba de formacin efectuada a

travs de la columna de perforacin (DST) para

comprender mejor el potencial del yacimiento.

A fin de establecer el flujo estable en el yaci-

miento, los ingenieros disearon la prueba DST

para incluir tres cadas e incrementos sucesivos de

la presin durante 15 das. La presin estimada de

fondo de pozo fue de ms de 95 MPa [13 800 lpc] y la

temperatura super los 210C en la TD. Los exten-

sivos sistemas de apoyo incluyeron cinco disposi-

tivos electrnicos de registro. El medidor de

cuarzo Signature fue el nico dispositivo que los

ingenieros consideraron adecuado para ser des-

plegado en el nivel de 210C, cercano a la TD.

Para los datos ms precisos, los medidores

deben posicionarse lo ms cerca posible de la

zona productiva porque la compresibilidad del

gas natural puede distorsionar la medicin.

Aunque no ptimo, pero debido a las limitaciones

de temperatura y presin, tres de los cinco dispo-

sitivos se colocaron a ms de 1 000 m [3 280 pies]

por encima de la profundidad en la que se posi-

cion el medidor Signature.

El operador efectu tres pruebas de presiones

transitorias en secuencia durante los 15 das. En las

dos primeras pruebas, el operador experiment

problemas que las invalidaron pero que no tenan

relacin con los medidores. No obstante, la ter-

cera prueba se efectu segn lo planificado.

Cuando se recuper el equipo de prueba, se

observ que slo uno de los medidores se mantena

en condiciones de funcionamiento: el medidor de

cuarzo Signature (arriba). Dado que haban fallado

en su totalidad antes del comienzo de la prueba

final, en los otros medidores no se registr ningn

dato de fondo de pozo utilizable. Debido a que los

datos obtenidos con el medidor Signature fueron

de calidad suficiente se detectaron fluctuacio-

nes de presin de tan slo 7 Pa una segunda

prueba de confirmacin se consider innecesaria.

Los ingenieros de GSPC estimaron que se gener

un ahorro de USD 1 milln porque no fueron

necesarios los servicios de remediacin para

resolver la complejidad del yacimiento.16

El lmiteEn un tiempo, las compaas de servicios petrole-

ros manifestaron serias preocupaciones acerca de

su capacidad para desarrollar herramientas capa-

ces de tolerar condiciones extremas. Los fabrican-

tes de componentes electrnicos cambiaron su

centro de atencin, pasando de los componentes

reforzados a los que consumen poca energa y ope-

ran en condiciones ambiente, dejando a las compa

as de servicios libradas a su suerte. No obstante

los ingenieros especialistas en diseo de herra

mientas ahora estn abordando el desafo que

plantean los ambientes operativos extremos con

herramientas innovadoras de muestreo y adquisi

cin de datos de presin, y medidores de fondo de

pozo para evaluar los yacimientos HPHT.

Las compaas de servicios han demostrado

una capacidad para superar el desafo de los

ambientes de perforacin hostiles. Si bien el porta

folio de ofertas se ha expandido en los ltimos aos

an se limita a los servicios de evaluacin primaria

Algunas de las mediciones con las que los opera

dores querran contar para caracterizar los pozos

productores siguen limitndose a las temperatura

y las presiones ms bajas. Las herramientas de

muestreo y adquisicin de datos de presin en algn

momento pertenecieron a esa clase. Ahora que ha

quedado demostrado que estos servicios pueden

ser provistos en condiciones extremas, los gelo

gos, ingenieros y geofsicos a menudo consideran

esenciales las mediciones para caracterizar y

comprender completamente los yacimientos.

Los pozos extremos requieren soluciones

extremas. Si bien es probable que los campos HPHTcontengan un nmero relativamente pequeo de

pozos, tambin es probable que contengan fuentes

significativas de hidrocarburos. Gracias a un

enorme esfuerzo de investigacin e ingeniera, cada

vez se dispone de ms opciones para que los opera

dores perforen pozos, evalen formaciones y carac

tericen correctamente los yacimientos. TS

>Prueba de presin extendida. GSPC efectu una prueba de pozo extendida que incluy tressecuencias de incremento y cada de la presin durante 15 das. Por razones de redundancia yseguridad de los datos, se corrieron cinco medidores en el fondo del pozo. Las primeras dossecuencias experimentaron problemas operacionales, y las pruebas se vieron comprometidaspor perturbaciones en los datos de presin (azul). La tercera secuencia se ejecut correctamente.Despus de recuperar los medidores, se descubri que todos, salvo uno, haban fallado antes delcomienzo de la tercera prueba (la nica vlida). Los nicos datos utilizables provinieron delmedidor HPHT Signature. (Adaptado de Khan et al, referencia 14.)

Presin,

lpc

Tiempo, d

Incremento neto

Perturbacin duranteel incremento

Cada de presin

Incremento 1 Incremento 2 Incremento 3

Cada de presin

Todos los medidores electrnicos, salvo elmedidor de cuarzo Signature, dejaronde registrar despus de este tiempo

T e m p e r a t u r a

F

Temperatura

Presin425

405

20 000

18 000

16 000

14 000

12 000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

10 000

8 000

385

365

345

325

305

12. El proceso de sinterizado es una tcnica de fabricacinutilizada para crear plaquetas (chips) de cermicamulticapas.

13. La capacidad de almacenamiento para los medidores

estndar y el medidor HP Signature es de 16 MB, y de4 MB para el modelo HPHT.

14. Khan ZA, Behera BK, Kumar V y Sims P: Solving theChallenges of Time, Temperature and Pressure, WorldOil233, no. 5 (Mayo de 2012): 7578.

15. Indias Gujarat Petroleum Strikes Record Gas Find,Spirit of Chennai, http://www.spiritofchennai.com/news/national-news/a0272.htm (Se accedi el6 de junio de 2012).

16. Khan et al, referencia 14.

v24 -e3 comprobación de los límites en condiciones de pozo extremas

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