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PERFORACION HORIZONTAL NOMBRE Jhoselyn Vanesa Flores Lozano CURSO 8 vo B CODIGO C5738-X DOCENTE ING. Gary Cartagena MATERIA Perforación 3

1. INTRODUCCION Se definen como pozos horizontales aquellos que son perforados paralelamente a los planos de estratificación del yacimiento (o hasta alcanzar 90 grados de desviación con respecto a la vertical), siempre y cuando se inicie la perforación desde superficie, debido a que cuando se comienza a perforar desde un pozo ya existente se denomina ‘’Re-entry’’ El término ‘’pozo horizontal’’ se refiere a pozos de 90 grados de inclinación con respecto a la vertical, pero también se denominan pozos horizontales aquellos con un ángulo de desviación no menor de 86 grados. Este presenta una fractura de conductividad finita donde la altura de la fractura es igual al diámetro de la sección horizontal del pozo. Esta técnica consiste básicamente, en penetrar en forma horizontal un estrato productor. Así se aumenta el área de exposición al flujo dentro del yacimiento, reduciendo a su vez la caída de presión entre el borde exterior del mismo y el pozo La perforación horizontal es una derivación directa de la perforación direccional. Con la aplicación de esta técnica se puede perforar un pozo direccionalmente hasta lograr un rango entre 80° y 90° de desviación a la profundidad y dirección del objetivo a alcanzar a partir del cual se iniciará la sección horizontal. Si un pozo horizontal es perforado paralelamente al plano de la arena aumenta el área de contacto entre el pozo y la formación; esto puede implicar que éste no sea totalmente horizontal. En realidad existen muy pocos pozos horizontales debido a que los yacimientos regularmente presentan 2. OBJETIVOS 

Aumentar el volumen de las reservas recuperables.



Aumento de la rentabilidad.



Evitar atravesar formaciones difíciles "domos de sal, acuíferos entre otros"



Controlar severos problemas de tonificación de agua o gas.



Reactivar pozos en yacimientos marginalmente económicos.



Acelerar e incrementar el recobro final del pozo.



Alcanzar yacimientos que se consideren yacimientos no explotables

3. JUSTIFICACION Hay varias razones para perforar horizontalmente a través de un reservorio, principalmente debido a las características de la formación y con el fin de maximizar la producción de un pozo La producción de formaciones muy delgadas, la cual es muy poco económica en pozos verticales.

4. MARCO TEORICO Muchos operadores están de acuerdo en definir un pozo horizontal como un hoyo que ofrece una sección abierta al flujo cuyo eje axial posee una inclinación entre 85 y 95 grados en el yacimiento de producción, creando un cambio radical en la condiciones de flujo de los fluidos, ya que crea un área de forma elipsoidal mientras que la de un pozo vertical es de forma cilíndrica

El propósito de un Pozo Horizontal es incrementar el contacto con el yacimiento y de ese modo incrementar la productividad del mismo, como pozo de inyección un pozo horizontal de larga sección horizontal provee una gran área de contacto y por lo tanto aumenta la inyectividad del pozo, que es lo que más se desea en los proyectos de recuperación secundaria La productividad de un pozo horizontal depende de la longitud horizontal y ésta a su vez, depende de las técnicas de perforación horizontal; otra consideración importante para la

productividad es el esquema de completación, que dependerá de las necesidades de completación local y de la experiencia que se tenga en el área. 5. VENTAJAS 

Los pozos horizontales pueden aumentar las ratas de producción 3 a 4 veces por encima de los pozos verticales.



El costo extra de los pozos horizontales se paga con el aumento de las ratas de producción



En reservorios muy permeables, los pozos horizontales pueden reducir la cantidad de pozos y mejorar las ratas iniciales de producción/vida de pozo



En reservorios fracturados, delgados y discontinuos, los pozos horizontales incrementan significativamente la recuperación final debido al drenaje más eficiente



El desarrollo de campos marginales puede resultar económicamente factible debido a la reducida cantidad de pozos requeridos para explotar el reservorio.

6. DESVENTAJAS



Altos costos de perforación, debido a que se requiere mayor tiempo de perforación que en un pozo vertical y el incremento del riesgo al presentar problemas operacionales



Las opciones de recopletacion son limitadas, en los casos en que se desea controlar problemas ocasionales por altos cortes de agua y alta relación gas petróleo



Requieren de fluidos especiales y libres de sólidos para prevenir el daño en la formación



En yacimientos fracturados el pozo podría no interceptar las fracturas aun trayendo la trayectoria planificada



La corrida de registro presenta dificultad para corregir el rumbo de la perforación

7. CONSIDERACIONES EN LA PERFORACION HORIZONTAL EFECTO DEL RADIO Los pozos con radio corto y mediano obviamente requieren un desplazamiento horizontal más corto y por lo tanto son perforados más rápidamente que los pozos de radio largo, sin embargo dada su incapacidad de rotar la sarta sin exceder los límites de resistencia mecánica de la tubería, restringe la capacidad del perfil del pozo y tiene un impacto mayor en el diseño de la sarta de fondo, en las propiedades del lodo y en la hidráulica DISEÑO DE SARTA DE PERFORACIÓN La sarta de perforación para un pozo vertical está sometida a esfuerzos de tensión, compresión y torsión. En la perforación horizontal se deben considerar los esfuerzos axiales y de rotación que son sometidos y opuestos a las fuerzas de fricción, resultados del contacto con las paredes de agujero cuando se incrementa el ángulo de desviación

Durante la rotación, las cargas de fricción se reflejan en la superficie como “torque”. Esto se transmite desde la barrena. Las cargas de fricción en los esfuerzos axiales son manifestadas por variaciones de movimiento en la carga al gancho. La diferencia entre la carga al gancho y la componente vertical del peso de la sarta cuando se saca la tubería se conoce como fricción hacia arriba (arrastre) Las fuerzas de torque y arrastre pueden limitarse durante la perforación y corridas de T.R. dependiendo de la profundidad del pozo Conforme a lo anterior, los factores que afectan a la sarta de perforación y limitan el torque y arrastre son 

Longitud perforada de la sección direccional.



Armado de la sarta.



Coeficiente de fricción.



Equipo de perforación.



Método de perforación.

DISEÑO DE APAREJOS DE FONDO

Para precisar el diseño de la planeación del pozo, se deben tomar muy en cuenta las variables que afectan el diseño direccional. Estas pueden clasificarse dentro de dos categorías: 1. Los mecanismos relacionados con la sarta de perforación. 2. Los mecanismos relacionados con la estructura geológica. Las condiciones apropiadas de diseño y trabajo deben ser lo suficientemente certeras para permitir el buen control de la trayectoria del pozo, provistas con la precisa descripción geológica conocida y por conocer. Es muy importante el diseño y operación de la herramienta colocada de60 a 100 m. por encima de la barrena. Esta es parte del control de la dirección del pozo

DISEÑO HIDRÁULICO

Dentro de las funciones prioritarias del fluido de trabajo durante la perforación del pozo se establecen las siguientes: limpieza del agujero, transporte eficiente de los recortes hacia la superficie (capacidad de acarreo del fluido de perforación) Una limpieza inadecuada del pozo puede causar problemas durante la perforación tales como atrapamiento de sarta; desgaste prematuro de la barrena, bajos ritmos de penetración; inducción de fracturas en la formación; y altos torques y arrastres. De esta forma, es muy importante el diseño del programa hidráulico en la planeación de la perforación horizontal FATIGA EN LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN. Las solicitaciones de torque y arrastre en la tubería durante la perforación horizontal son mayores que cuando se perfora un pozo vertical. Algunos de los factores a considerar son: 

Mayores pesos al levantar (Pick-Up Weight).



Mayores Cargas torsionales



Altas fuerzas tensiónales en la sección de levantamiento.

LIMPIEZA DE HUECO En las secciones horizontales los cortes de la perforación tienden naturalmente a caer a la cara inferior del pozo, formando acumulaciones que restringen el movimiento de tubería, aumentando el arrastre, lo cual puede llevar a una pega de tubería. Varias precauciones se toman con el fin de evitar esto Velocidades anulares altas, que produzcan flujo turbulento en la sección horizontal (Las bombas del taladro deben ser capaces de suministrar altas ratas de flujo que permitan esto). 

Velocidad de flujo en el espacio anular.



Inclinación del pozo.



Propiedades y régimen de flujo del fluido de perforación

USO DE TOP DRIVES. Para la perforación de pozos horizontales el uso de top drives proporciona muchas ventajas sobre los sistemas convencionales de Kelly Entre las principales ventajas se destacan: 

Mayor capacidad de levantamiento



La capacidad de rotar cuando se está viajando, reduciendo carga y facilitando las maniobras.



La capacidad de circular cuando se está sacando tubería, mejorando la limpieza del hueco.



La capacidad de rimar en ambas direcciones

REVESTIMIENTO Y CEMENTACIÓN Las principales consideraciones con respecto al revestimiento y a la cementación son: 

Se reducen las posibilidades para rotar y reciprocar el revestimiento.



Las patas de perro severas y arrastre alto pueden impedir que se baje un revestimiento.



Se necesita una centralización efectiva del revestimiento para lograr una buena adherencia anular y para evitar canalización del cemento.



Se corre el riesgo de mal desplazamiento del lodo, lo cual podría contaminar el cemento.

CONSIDERACIONES RESPECTO A LA FORMACIÓN Durante la perforación horizontal las principales consideraciones respecto a la formación son: 

El efecto adverso en la dirección del pozo (Si causa desviación no deseada) causada por diferentes perforabilidades, buzamientos, etcétera.



La estabilidad del hueco en formaciones frágiles e inconsolidadas que puedan caer dentro del hueco.



Las Shales reactivas pueden causar problemas significativos en pozos horizontales (Las prácticas convencionales para tratar estos problemas como lodos de alta densidad, lodo con valores de filtrado bajo, lodos base aceite, uso de Top Drive, sirven para minimizar este problema)



El buzamiento de la formación y su resistencia pueden hacer variar la trayectoria del pozo

8. METODOS DE PERFORACION HORIZONTAL Como se mencionó anteriormente, un pozo horizontal es un pozo paralelo a los planos de estratificación, ahora, si estos planos han girado por tensiones y empujes orogénicos creando por ejemplo, un pliegue inclinado, un pozo vertical sería en el sentido teórico un pozo horizontal, inclusive en este caso se puede perforar un pozo horizontal con el objetivo de interceptar varias intervalos de producción; la longitud que se logra al perforar un pozo horizontal varía de 1000 a36000 pies, como fue el caso del pozo perforado en la Tierra del Fuego en Argentina. El radio de curvatura aumenta en relación con la longitud del tramo horizontal del pozo, donde a mayor longitud de separación entre la parte vertical y el tramo horizontal también es mayor Métodos de perforación horizontal, como se muestra en la (figura 1), son: 

Método de Radio Largo.



Método de Radio Medio.



Método de Radio Corto.



Método de Radio Ultracorto

La selección del método adecuado para llevar a cabo la perforación depende delas condiciones que prevalezcan de la formación. Sin embargo ninguna técnica puede ser definida mejor que otras, cada uno tiene sus aplicaciones específicas y debe ajustarse a las condiciones de formación y requerimientos del pozo

a) RADIO ULTRACORTO Esta técnica es muy apropiada en la aplicación de inyección de agua en formaciones blandas, no consolidadas y de presionadas. La aplicación más común se usa para reducir el depresionamiento del yacimiento por segregación gravitacional o para la inyección de vapores u otros fluidos, dentro del yacimiento que tiene recuperación de energía natural El radio de giro es de 1 a 2 pies, la tasa de construcción (Build-up rate, BUR) es de 45 a 60grados/pies. En esta técnica la sección horizontal de los pozos Reentry pueden alcanzar de 100 a200 pies usando chorros de agua a alta presión para perforarlos (Ver figura 3.3). La tubería de producción de estos pozos tienen un diámetro que varía de 1¼ a 2½ de pulgada, dependiendo del sistema de perforación usado; después de la perforación, el eductor (Tubing) es cañoneado o completado con un empaque con grava, luego se puede cortar el eductor y el próximo Re- entry es perforado en este mismo pozo a la misma elevación pero en otra dirección VENTAJAS: 

Son efectivos en formaciones suaves y fáciles de penetrar como arenas de crudos pesados y bitumen.



Desarrollo del campo mediante pozos verticales múltiples.



Realización de pozos horizontales múltiples a través de varias capas originadas desde un pozo vertical

DESVENTAJAS: 

Requiere equipo especializado.



Necesita que se agrande el hoyo en la cercanía lateral del objetivo de perforación.



Es imposible correr registros en la sección horizontal, y no pueden tomarse núcleo debido a lo severo del radio de curvatura.



La longitud de drenaje del pozo, generalmente es menor de 300 pies

RADIO CORTO La tecnología de radio corto ha sido aplicada en la perforación de pozos en donde las formaciones tienen problemas geológicos por encima de la dirección del yacimiento o bien por razón es económicas. De esta manera el agujero se comunica y se extiende dentro del yacimiento El radio de giro es de 20 a 40 pies, la tasa de construcción es de 2 a 5 grados/pies. En esta técnica los pozos son perforados a través de una ventana en un pozo revestido o desnudo, en hoyos revestidos se abre una ventana de aproximadamente 20 pies de longitud que luego es moldeada para desviar lateralmente. Las primeras versiones de los sistemas de perforación horizontal utilizaron perforación con rotación desde la superficie; además de la rotación dada en la superficie se utilizan unas juntas con cuellos flexibles de perforación. Por lo general, un equipo de construcción de ángulo es utilizado para perforar a través de la herramienta de desviación (whipstock), hacia la formación por la ventana moldeada a 85º de inclinación aproximadamente. Un segundo equipo estabilizador perfora el resto del hoyo, es posible perforar hoyos de 4 3/4 o 6pulgadas de diámetro y alcanzar longitudes de secciones horizontales de 250 a 450 pies. Esta técnica tiene como desventaja un limitado control direccional

Recientemente se ha desarrollado un sistema que usa motores accionados por la presión del lodo, motores de fondo, estos son usados en el fondo del pozo proporcionando un buen control direccional. Este sistema usa pequeños motores especialmente diseñados para la operación; un motor constructor de ángulo se utiliza para perforar la sección curva y se usa un motor para mantener el ángulo y construir la sección horizontal.

VENTAJAS 

Más precisión para drenar el yacimiento que el de radio medio y largo.



Atractivo en yacimientos pequeños.



Se emplea desde un pozo convencional (Reentry).



Posibilidad de tocar contacto entre fluidos.



Se pueden aislar zonas problemáticas inmediatas a la zona productora

DESVENTAJAS: 

Requiere de un motor de fondo con una articulación ensamblada.



La longitud de drenaje en el pozo, generalmente es menor que 300 pies.

RADIO MEDIO Esta técnica es la más usada en pozos terrestres (onshore). La curvatura tiene la función de proteger la ubicación del agujero cuando se tienen formaciones con a fallamientos y estratos muy pronunciados. Con ello se logra que el pozo pueda perforarse y terminarse con herramientas convencionales en el tiempo estimado.

El radio de giro es de 300 a 800 pies, la tasa de construcción de la curva es de 6º a 20º/100 pies. Es el método más usado para perforar pozos horizontales, debido al espacio interior que genera su radio de giro a lo largo de la sección curva y la horizontal es posible utilizar muchas de las herramientas convencionales de perforación. La sección horizontal varía entre 1500 y 4500 pies de longitud

Usando motores de fondo especialmente diseñados, tanto para construir la sección curva como la sección horizontal, es posible perforar pozos muy largos como de 2000 a 10000 pies. Adicionalmente, es posible completarlos como hoyos abiertos con liner ranurado, con liner y empacadoras externas y también cementarlos y cañonearlos.

VENTAJAS 

Menor torque y arrastre que en pozos de radio corto.



Para drenar el yacimiento puede perforarse horizontalmente hasta una longitud de 300pies.



Existe la posibilidad de sacar núcleos convencionales.

DESVENTAJAS 

No aplicable para formaciones superficiales y delgadas.



Equipo especial de perforación requerido.

RADIO LARGO Esta técnica es la más Común y aplicable en pozos costa afuera (offshore). Es conocida como “largo alcance” o “alcance extendido”. Sin embargo, estos pozos son perforados de 70° a 80° sin alcanzar el objetico en el plano horizontal. Esta técnica se aplica para minimizar los impactos ambientales y reducir los costos de campo en desarrollo.

La curva se construye desde una profundidad determinada por encima del yacimiento, hasta lograr la dirección horizontal y completar la longitud a perforar y por lo tanto, la terminación del pozo. Es esta técnica se utilizan radios de giros de 1000 a 3000 pies, la tasa de construcción es de 2º a6º/ 100. Esta técnica utiliza una combinación de perforación rotatoria y motores de fondo para perforar pozos similares a la perforación direccional convencional. En la tabla 3.1 se muestra un resumen de las técnicas de perforación, radio de giro y las longitudes alcanzadas. La sección horizontal varía entre 3000 y 6000 pies de longitud

VENTAJAS 

Fácil para perforar usando un equipo de perforación convencional y revestidor estándar.

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Los costos por día de los servicios, frecuentemente son más bajos que los de radio medio y corto.

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Permite perforar longitudes horizontales de aproximadamente 5000 pies, con un promedio de 3500 pies.

DESVENTAJAS 

Frecuentemente se requiere de un tope en el manejo del sistema, largas bombas y grandes cantidades de lodo.



El riesgo a hueco abierto es mayor, ya que la tubería de perforación puede pegarse y causar daño al yacimiento mientras se perfora.

9. BIBLIOGRAFIA