• Author / Uploaded
• anon_511878264

Citation preview

UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA FACULTA DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE INGENIERÍA EN GAS Y PETRÓLEO

PROYECTO DE GRADO: “APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR EL TITULO DE LICENCIATURA EN INGENIERIA DE GAS Y PETROLEO

POSTULANTE: GUIDO ARCE MONTAÑO TUTOR:

ING. JUAN DE DIOS FLORES FERNADEZ

Santa Cruz, Bolivia 2015

Dedicatoria

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

A Dios Padre por ser mi guía, mi luz mi pastor, por que fuiste tú el que me guiaste en aquellos malos y buenos momentos que tuve que travesar durante toda mi carrera Universitaria. A mis padres Angel Arce y Felicidad Montaño, por su amor, por estar siempre pendiente de mí, brindarme su apoyo incondicional y enseñarme que uno de los valores importantes de la vida es la educación, este logro se los dedico a ustedes. Los Amo Muchísimo A mi hermano mayor, Kening Bergy Arce, por darme su apoyo incondicional. Su comprensión y alegría. Te quiero mucho hermano. A mis hermanos menores, Romane Arce que muy pronto será Ing. Comercial y por siempre quererme mucho. A mi hermano, Antonio Arce (toño) quien también dentro de pocos años se graduara con la ayuda de Dios. A los dos los quiero mucho y les dedico este trabajo. A mis tíos, Pascual Arce y su esposa Celestina Paiti, por ser muy buenos conmigo y por sus bellos consejos que me motivaron mucho, Tíos Gracias por todos sus apoyo que me supieron brindar y sobre todo por siempre creer en mí siempre. Son muy especiales, les quiero y les aprecio muchísimo. A mi Abuelo, Victor Montaño Cancha, a ti abuelito que aunque no estés a mi lado físicamente siempre lo estarás espiritualmente y sé que estés donde estés, estas orgulloso de mi. Siempre te llevare en mi corazón abuelito. Te quiero mucho.

CON MUCHO AMOR LES DEDICO ESTE TRIUNFO.

Agradecimientos Guido Arce Montaño

Página 2

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Son muchas las personas que, de una manera u otra, me han apoyado y a quienes quiero manifestar mi agradecimiento: A mis Padres Angel Arce y Felicidad Montaño por traerme a este mundo y darme la vida y el apoyo necesario para que alcanzara uno de mis más grandes sueños, el de ser Ingeniero! A mis hermanos Kening bergy Arce, Romane Arce y Antonio Arce, por todo su cariño y por ser una luz para mí, muchas gracias. A mi querida, Madrina Felipa encinas que siempre me brindó su cariño y su Confianza, gracias por creer en mí y sobre todo por darme el cariño. A mis primos, Ronal (five lether), Magali arze, Delina (soldadito), Elvis (calvi) Luis Encinas (sombis), Wilian Rocha (toro), Richard Arce y Richard Encinas (kunvala) A mis compañeros de estudio Sergio Barducy, Osvaldo Coca, Karen Alvarado, Victor Alfonso, Beiker Vasquez y Everht Arze por aportar cada uno un granito de arena en mis años como estudiante universitario. A todos mis amigos: Edwin Quellca, Carlos Chavez, Victor chavez, Iver Encinas, Mario Zarate, Agustin Arancibia, Jaime Ferreira y muy especialmente a Yesica Yapu por tantos momentos bonitos que pasamos juntos y todos aquellos que este momento no recuerdo, pero que siempre los llevare en mi corazón, esperando y deseándolos éxitos y prosperidad donde vallan. A los docentes de la carrera, por todo su valioso tiempo empleado en nosotros y por el esfuerzo de hacernos excelentes profesionales. A la Universidad de Aquino Bolivia por darme la oportunidad de formarme como profesional dentro de sus aulas de clase.

Guido Arce Montaño

Página 3

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

INDICE DE CONTENIDO RESUMEN……………………………………………………………………………………...12 CAPITULO 1: INTRODUCCION AL PROYECTO…………….………..………………..13 1.1 Introducción……………………..………………………………………….…………..….14 1.1.1 Antecedentes…...…………………………………………………………………….........15 1.2 Delimitación……………………………………………...…………………………………16 1.3 Planteamiento del problema…………..……………..........………………………………...16 1.3.1 Formulación del problema……………………..………………………………..………...17 1.3.2 Sistematización del problema y abordaje de la solución.…………………..………..…...17 1.3.3 Descripción causa-efecto y acción-fin…………………………………………….……… 18 1.4 Objetivo….………………..…………………………………………….………….. …......20 1.4.1 Objetivo general……………………………………………………………….. ……........20 1.4.2 Objetivos específicos……………………………………………………………….…......20 1.5 Justificación…………….…….……………………………………………………………20 1.5.1 Justificación científica……………………...……………………….….…………………20 1.5.2 Justificación económica….…………………………………………………………..…....20 1.5.3 Justificación social….……………….…..……………………………………….………..21 1.5.4 Justificación personal….……………………………………………………………....….21 1.6 Metodología…………………………….……………………………………….….….…..21 1.6.1 Tipo de estudio…………………………………………………………………………....21 1.6.2 Método de investigación……………………………………………………..…………… 22 1.6.3 Fuente de información………………………...…………………………….….…….. …..21 1.6.3.1 Fuentes primarias.………………………. …………………………………………..…..21 1.6.3.2 Fuentes secundarias.……………….. …………………………………………...……….22 1.6.4 Estudio preliminar……………………………………………….……...……..……….…22 CAPITULO 2: MARCO TEÓRICO………………………………………….………............24 2.1 Marco Teórico conceptual……………...……….………..….………………………..…..25 2.1.1 Perforación con Power Drive.……………….………...…….……………………….…25 2.1.1.2 Principios del Power Drive………..……………………..…………………………..….26 2.1.1.3 Componentes del Power Drive...….………....………………………………………....27 2.1.1.4 Bias Unit……………………….…………………………………………………..…...28 2.1.1.5 Arreglo del Cross Over……….……...………………………………………..…….....28 2.1.1.6 Unidad de Control………….…………....………………………...……………….…..29 2.1.1.7 Dirección de Desvió……………………..…..………………………………..………..30 2.1.1.8 Flujo de Lodo………………….…………...…………………………………….…….31 2.1.1.9 Capacidad de Mantener la Horizontalidad o verticalidad………………………….......33 2.1.2 Perforación con Motor de Fondo……………………………………………….…....….34 2.1.2.1 Introducción…………………….…………………...………………….……………....34 2.1.2.2 Tipos de Motores……………….…….………………………………….…………......35 2.1.2.3 Motores de Desplazamiento positivo “MDP”……………..……….…………............35 2.1.2.4 Descripción y partes componentes de los “MDP”………..………..………..…………36 2.1.2.5 Desventajas del Motor de Fondo ………………………………………………………37 Guido Arce Montaño

Página 4

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

2.1.2.6 Tipos de Motor de desplazamiento positivo “MDP”………..………..………………..3 2.1.2.7 Motor de bajo torque y alta velocidad de rotación…………..………..…………….…38 2.1.2.8 Motores de alto torque y mediana velocidad rotacional……….……………………....38 2.1.2.9 Motores de alto torque y baja velocidades rotacional………..…………..…………...39 2.1.2.10 Calculo del mínimo diámetro efectivo del pozo..……………..………..…. …………..41 2.1.2.11 Porque restringir el ángulo total del pozo…. ………………………………………….44 2.1.2.12 Porque restringir el gradiente de cambio de ángulo de pozo………………..………..45 2.1.2.13 Problemas asociados con las patas de perro y canales…………………..……………45 2.1.2.13.1 Fatiga de las barras de perforación……………………….………………………..45 2.1.2.14 Registros……………………..………………………………………………………..46 2.1.2.15 Bajada de la cañería de Revestimiento………………………………………………..47 2.1.2.16 Cementación……………………….………………………………………………….49 2.1.2.17 Control de Angulo…………………………………………………………………….50 2.1.2.17.1 El principio del Fulcro…………………….……………………………………….50 2.1.2.17.2 El principio de Estabilización…………………………………………………..….51 2.1.2.17.3 Principio del Péndulo……………………..…………………………………….....51 2.1.2.17.4 Soporte de pared y longitud dela herramienta de contacto………………….. …….52 2.1.1.18 Tendencia natural de las Formaciones…………………………. …………………….53 2.1.2.18.1 Zonas de pozos de mediana desviación…. ……………………..…………………..53 2.1.2.18.2 Zonas de pozo s severa desviación……….………………..………………………53 2.1.2.18.3 Incremento Angular en formaciones duras……………………….………………..54 2.1.2.18.4 Perforación del tramo de Angulo máximo………..……………………………...…54 2.1.3 Arreglo de Fondo de Pozo “BHA”………………………………………………….…..55 2.1.3.1 Sarta de perforación..……………………………..…………………………….….……56 2.1.3.2 Diseño de la Sarta de perforación...………...……………………..…………………….57 2.1.3.3 Trépanos………………………………………………………………………………...57 2.1.3.3.1 Tipos y selección de Trépanos………………………...……………………………...58 2.1.3.3.2 Trépanos y rodillos cónicos………………………..…………………………………..58 2.1.3.3.3 Dientes de Acero………………………………..……………………………………59 2.1.3.3.4 Insertos de carburo Tungsteno….…………………...……………………………….59 2.1.3.3.5 Trépanos de Fresa fija……..……………….………………………………………...60 2.1.3.3.6 Trépanos con cortadores de diamante poli cristalino “PDC”.……..……….………..60 2.1.3.3.7 Trépanos de Diamante.…..………………….………………………………………..60 2.1.3.4 Estabilizadores de Sarta….…………………….………………………………………60 2.1.3.4.1 Tipos de Estabilizadores.……………………………………………………..………61 2.1.3.5 Porta Mechas (DRILL COLLAR)……………………….……………………………..61 2.1.3.6 Barra pesada (HEAVY WEIGHT)……………………….…………………………….62 2.1.3.7 Tubería de perforación (DRILL PIPE)……………………….…………………………63 2.1.3.8 Amortiguador (SHOCK SUD)………………………………………………………….63 2.1.3.9 Tijera de perforación..………………………………………………………………......63 2.1.3.9.1 Principio de Operación………………………..……………………………………….64 2.1.3.9.2 Componentes.………………………………………………………………………….64 2.1.4 Power Pulse “MWD”…..………………………...…………………………….……...…65 2.1.4.1 Arreglo de modulador “MMD”……..………....………………………………………68 2.1.4.2 Arreglo electrónico “MEA”……..………………….…………………………….…....68 2.1.4.3 Arreglo de Turbina………..….………….……………………………...………………69 2.1.4.4 Telemetría..……….………….……….……………………………………....................69 Guido Arce Montaño

Página 5

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

2.1.4.5 Telemetría cana....………….…...……….…………….…………………….……….....70 2.1.4.6 Sistema de transmisión…......…..…..……………………….……………….…….……71 2.1.4.7 Lodo positivo de telemetría de pulso……..……..……………….. ……………………71 2.1.4.8 Lodo negativo de pulso de telemetría…………...……………………………………....72 2.1.4.9 Telemetría de onda continua……………………………………………………………73 2.1.4.10 Conversión de la información………………………..………………………………..73 2.1.4.11 Generación de la señal…………………………………………………………………74 2.1.4.12 Sensor de Recepción de la señal en superficie…………………………………………74 2.1.4.13 Decodificación de la señal.……………………….…………………………………….75 2.1.4.14 Recepción………………………………………………………………………………75 2.1.5 Diseño de “BHA”..…………………...……………………….………………….…........76 2.1.5.1 Introducción…..….…………………..………………………………………...…….....76 2.1.5.2 Perfil de pozo….…………………………………………….…………………….……76 2.1.5.3 Factores que afectan el desempeño de una “BHA”…………………………………….76 2.1.5.4 Propiedades mecánicas de un “BHA”………………………………………………….77 2.1.6 Diseño de la sarta de perforacion…...…………………….…….………………..………78 2.1.6.1 Porta Mechas (DRILLCOLLAR)..….……………………..…………..…………....….78 2.1.6.1.1 Selección de una Porta Mechas..…..…………………………...………......………...78 2.1.6.1.2 Criterio de tamaño de una Porta Mechas…………………………….…...….….…….78 2.1.6.1.3 Conexiones de un Porta Mechas.…..……….….………….. ………………………….80 2.1.6.1.4 Formula general para el cálculo de longitud de Porta Mechas…...……………...........82 2.1.6.2 Propiedades dela Tubería de perforación (DRILL PIPE)…..…………………………..82 2.1.6.2.1 Grado de una Tubería de perforación.……….. …………………….……………..…...83 2.1.6 .2.2 Formula general para calcular la longitud de la Tubería.......…………………..…….84 2.1.6.2.3 Clases de Tubería de perforación......…….. …………………………..…………….....84 2.1.6.2.4 Conexiones de una Tubería de perforación...…...………….…………..……………..84 2.1.6.2.5 Forma de hilo..…... ………………………….…………….…………………………..84 2.1.7 Calculo de diseño de Sarta de Perforación..…..……...…………………...…………..….85 2.1.7.1 Peso permisible sobre el Trepano..…….……..…………………………………...........85 2.1.7.2 Desplazamiento lateral del Trepano………….…...………………………………..…..86 2.1.7.3 Reducción del peso sobre el Trepano..…….……..…..…………..……………….…....87 2.1.7.4 Calculo del peso sobre el Trepano de perforación…........….………………………….87 2.1.7.4.1 Cálculo matemático….….….….……………………..……………………………....88 2.1.7.5 Pozo vertical….……….……………….…………………….…………………………………..88 2.1.7.6 Procedimientos para el cálculo del WOB en el pozo vertical............……………….…89 2.1.7.7 Pozos Inclinados……………………………………………….…....………………..…90 2.1.7.8 Procedimientos para el cálculo del WOB en un pozo inclinado…….....……………....91 2.1.7.9 Peso del BHA requerido……….…..………………..…..……………….……….….…92 2.1.7.10 Tensión……..…………….……….………….………………………………….……..93 2.1.7.10.1 Carga Estática…….………………..…………………………………………………93 2.1.7.10.2 Margen sobre Tensión….………………..………………………………………..….94 2.1.7.11 Reventamiento.…………….…….……………………………………………………..95 2.1.7.11.1 Calculo del reventamiento del DP..………………………………………………..…95 2.1.7.12 Colapso……………………………….……………………………………………….95 2.1.7.12.1 Colapso de la Tubería de perforación..……...………………………………………..95 2.1.7.12.2 Efecto de la carga tensil sobre el colapso…..……………………..………………….96 2.1.7.13 Torsión de la Tubería de perforación…..…………………….………………………...96 2.1.7.13.1 Torsión….…..………………………………………………………………………...96 Guido Arce Montaño

Página 6

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

2.1.7.13.2 Torsión y tensión….….……………………………………………….……………...97 2.1.7.14 Fuerza de rozamiento..…..………….……….…………………………………………97 2.1.7.15 Fatiga……..………………….……..……………………………………………….…98 2.1.7.15.1 Limites....……………….....…….…………………………………………………...98 2.1.7.16 Esfuerzos actuantes en las diferentes operaciones de perforación..……….……….100 2.1.7.16.1 Rigidez axial..…………...…………………………………………………………100 912.1.7.17 Fuerza de pared…….....….….……………………………………………………100 2.1.7.18 Fuerza de pared dog legs.….……..…………………………………………………101 2.1.7.19 Fuerza centrífuga….………………….……….……………………………………101 2.1.8 Hidráulica de perforación………..………………..…………………………...….…….102 2.1.8.1 Introducción…………………….………..………………………………….…… …...102 2.1.8.2 Características Hidráulicas….....………………………………………………………103 2.1.8.3 Funciones de fluido de perforación.……...……………….…………………....……...103 2.1.8.4 Propiedades reologicas del fluido de perforación….……………………….…………103 2.1.8.5 Punto cedente..………………………………………………………………………… 104 2.1.8.6 Viscosidad plástica……………………….………... ………………………………..105 2.1.8.7 Tixotropía y Esfuerzos de Gel…………………………………………………………105 2.1.8.8 Densidad………. ……………...……………………………………………………….106 2.1.8.9 Clasificación de los fluidos…...……..……………………………………………….106 2.1.8.10 Base aceite y Base agua…...……….……………………………………….…….…106 2.1.8.11 Fluido Gaseoso.…...………….………………………………………………………107 2.1.8.12 Tipos de fluido……..………………………………………………………………..107 2.1.8.12.1 Fluidos Newtonianos…….……………………………………………………….107 2.1.8.12.2 Fluidos no Newtonianos….………...………………………………………….….109 2.1.8.13 Etapas de flujo……….……………………………………………………………….109 2.1.9 Calculo de Hidráulica…..…………………………….………….………………………112 2.1.9.1 Ecuaciones de Hidráulica del API...…...………………………………….…………...113 2.1.9.2 Velocidad media de propagación en el Medio.……………...…………….……....…..113 2.1.9.3 Numero de Reynolds…...………………….…..………………………..……………..114 2.1.9.4 Velocidad critica……………………...…………………………………………..........115 2.1.9.5 Calculo de la Hidráulica de la Barrena…………………………...………………..…..116 2.1.9.6 Potencia Hidráulica……………………………………………...…………………….116 2.1.9.7 Potencia hidráulica en la Barrena.………………………..…………………………....116 2.1.9.8 Potencia Hidráulica por pulgada cuadrada del área de la Barrena…...……………......117 2.1.9.9 Potencia Hidráulica del sistema………………………………………………..…........117 2.1.9.10 Porcentaje de perdida de presión en la Barrena………………………….….………..117 2.1.9.11 Fuerza de impacto (IF) Hidráulica………………………….…………..……….……118 2.1.10 Optimización de la Hidráulica Ley de Potencia…………...…………..……………….118 2.1.10.1 Ecuación para la optimización de la hidráulica………...…………………………….119 2.1.11 Calculo de Perdida de Presion...……...………………………………………………...121 2.1.11.1 Sistema de Circulación………………...………..……………………………………122 2.1.11.2 Perdida de presión en la columna de perforación….………...……………………….122 2.1.11.3 Factor de Fricción….…………………..…………..……………...………………….122 2.1.11.4 Perdida de presión por Fricción en el interior de la Sta...…………...……………….123 2.1.11.5 Perdida de presión por Fricción en el espacio anular…......………………...………..124 2.1.11.6 Perdida de presión en el Trepano…...……..………….……..……………...……..…125 2.1.11.7 Perdida en conexiones superficiales..….…………….…………..………….....…….125 2.1.11.8 Perdida atreves de los motores y herramientas…..…...…………………………...…126 Guido Arce Montaño

Página 7

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

2.1.11.9 Perdida de presión en los intervalos de las tuberías…..…………………………...…127 2.2 Marco teórico Referencial…...…..…………………….………………………………..….128 2.2.1 Especificaciones y practicas recomendadas…...………………………………………...129 2.3 Marco teórico Jurídico………………………..……………………….…………………..129 2.3.1 Nueva Constitución política del Estado Plurinacional…..…….……………….………..129 2.3.2 Ley de Hidrocarburo 3058......…..……………………. ………………………………....129 2.3.3 Ley del Medio Ambiente No. 1333 del 23 de marzo de 1991.………..………………...129 2.3.4 Decreto Supremo No. 28397 del 6 de octubre del 2005......………...…………………...131 2.4 Marco teórico Histórico…... ………………………………………………………………132 CAPITULO 3: INGENIERIA DEL PROYECTO……………….………………………....134 3.1 Selección del campo y pozo……...……………………………………………………..…135 3.2 Datos generales del Campo Sábalo..………………...……...…………………………..…135 3.3 Descripción geológica de la Formación Los Monos.………...………….…………..…….136 3.4 Problemas Potenciales………...………..…………….…………………………………....138 3.5 Operación de perforación…………………………………...……………………………..138 3.6 Columna Estratigráfica………...…….……...…………………………………………..…139 3.7 Datos de Pozo………………...………………………………………………………..…..140 3.8 Especificaciones mecánicas y limites operativos Power Drive………………….……..….141 3.9 Secuencia de operaciones de trabajo…………….………..………………...………..……142 3.10 Diseño de la Sarta de perforación propuesta….………………………………………....144 3.10.1 Ejemplo de los cálculos con sistema convencional tramo 0-3500…....….………….…145 3.11 Diseño de la Sarta de perforación con Power Drive propuesto....…...………………..….151 3.12 Especificaciones de la herramienta a usar en la perforación del pozo sábalo-8 con Power Drive……..….......……………………………………………..……………………….………155 3.13 Diseño Hidráulico en la perforación……...…………….………………………...……… 156 3.13.1 Hidráulica de perforación……………...……...……………...…... ……………………157 3.13.2 Perdida de presión por fricción en el interior de la sarta……..... ………………………158 3.13.3 Perdida de presión por fricción en el espacio anular…………...………………………166 3.13.4 Perdida de presión en el trepano... ……………………………...…………...………….170 3.14 Optimización Hidráulica método de máxima potencia..……..…………………………172 3.14.1 Nomenclatura…….…………... ……….…………………………………….…………175 3.15 Gradientes Estimadas de Formación……...……………….……………………..………176 3.16 Propiedades principales del Lodo…...………………….…………………..…………….177 3.17 Aplicación de la herramienta Power Drive en el Pozo SBL-8…......……………..…..….178 3.18 Resultados en la perforación con la técnica Power Drive………………………….…….179 3.19 Cálculos de Arrastre………………….…………………………………...………..…….180 3.20 Arrastre existente sin técnica power drive (para profundidad=500mts.)…......……...…..181 3.21 Arrastre con Técnica Power Drive (para la profundidad=500mts)…….…….…………..181 3.22 Reducción de arrastre en porcentaje……...……………….……….………………...…...182 3.23 Cálculos de Torsión…………………….……………………………………...……..…..182 3.24 Torsión sin Power Drive (para la profundidad=500mts.)…………..………….……..…..182 3.25 Torsión con Power drive (para la profundidad=500mts.)….....……………………..…...183 3.26 Reducción de la Torsión en porcentaje…….…...……………..…………………..……..183 3.27 Análisis Técnico…………………...………………………………………..……...…….184

Guido Arce Montaño

Página 8

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

CAPITULO 4: ANALISIS ECONOMICO DEL PROYECTO……………..……………..185 4.1 Análisis económico………...………………………………………………….…………..186 4.2 Análisis de Costo…..…………….……...………………………………………...……….186 4.3 Análisis Comparativo de Costos de perforación para el tramo 3500 a 4000mts……........187 4.3.1 Costo métrico de la perforación con Power Drive del pozo SBL-8…..………..…….…187 4.3.2 Costo métrico de la perforación con motor de fondo del pozo SBL-8….……………….188 4.3.3 Resultados de comparación de costos para los 500mts. Tramo 3500 a 4000mts.......…..189 CAPITULO 5: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………………..…..190 5.1 Conclusiones………………...………...……………………………….. ………………….191 5.2 Recomendaciones..……………….……... ………………………………………..……….192 GLOSARIO………………….…………………………………………………….. ………….193 ANEXOS..……….…………………………………………………………….………………196 BIBLIOGRAFIA..…………………………………………………………………………….198

Guido Arce Montaño

Página 9

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

INDICE DE FIGURAS

FIGURA 1-1: Diagrama Causa – Efecto………………………………………………19 FIGURA 2-1: Mecanismo de direccionamiento del sistema Power Drive…………….25 FIGURA 2-2: Principio del Power Drive………………………………………………26 FIGURA 2-3: Principio de la Válvula de Contro...…………………………………….27 FIGURA 2-4 Componentes del Power Drive………………………………………......27 FIGURA 2-5: Conformación del Bias Unit…………………………………………....28 FIGURA 2-6: Componentes del Arreglo del Cross Over…………….……………….29 FIGURA 2-7: Mayores Componentes de la Unidad de Control………..……………..29 FIGURA 2-8: Función del Spider…………..…………………………………………30 FIGURA 2-9: Patas del Spider Arrojando Lodo en Dirección Requerida……………31 FIGURA 2-10: Flujo de Lodo a través del PD y su retorno a Superficie...…………....31 FIGURA 2-11: Flujo de Lodo que pasa por el Filtro…………………………………..32 FIGURA 2-12: Lodo a través del Choke……………………………………………...32 FIGURA 2-13: Pad Abierto……………………………………………………………32 FIGURA 2-14: Flujo de Lodo cuando los Pads No Trabajan…………………………33 FIGURA 2-15: Pad Empujando a la Formación……………………………………….33 FIGURA 2-16: Válvula de control en las dos Posiciones……………………………...33 FIGURA 2-17: Válvula en las dos Posiciones…………………………………………34 FIGURA 2-18: Motor de desplazamiento positivo de medio lóbulo alta velocidad de rotación y bajo torque…………………………………………………………………..38 FIGURA 2-19: Patas de perro…………………………………………………………43 FIGURA 2-20: Pata de perro brusca…………………………………………………..44 FIGURA 2-21: Tipos de Trepanos…………………………………………………….53 FIGURA 2-22: Trepano de dientes de ecero…………………………………………..59 FIGURA 2-23: Trépanos de carburo de tungsteno……………………………………59 FIGURA 2-24: PDC…………………………………………………………………..60 Guido Arce Montaño

Página 10

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

FIGURA 2-25: Estabilizadores de sarta………………………………………………..61 FIGURA 2-26: Heavy Weight………………………………………………………….62 FIGURA 2-27: Tijera Hidráulica………………………………………………………64 FIGURA 2-28: Componentes de la Tijera Hidráulica………………………………….65 FIGURA 2-29: Lodo positivo de telemetría de pulso…………………………………72 FIGURA 2-30: Lodos negativos de pulso de telemetría………………………………72 FIGURA 2-31: Telemetría de onda continua………………………………………….73 FIGURA 2-32: Sensor de señal en superficie…………………………………………75 FIGURA 2-33: Cambios de Diámetro…………………………………………………80 FIGURA 2-34: Flujo tipo tapón……………………………………………………..110 FIGURA 2-35: Flujo laminar…………………………………………………….…111 FIGURA 2-36: Flujo turbulento…………………………………………………112 FIGURA 2-37: Sistema de Circulación…………………………………………….122 FIGURA 3-38: Bloque San Antonio………………………………………………….135 FIGURA 3-39: Columna estratigráfica del sud-andino sur…………………………137 FIGURA 3-40: Perforacion con Power Drive………………………………………...180

INDICE DE TABLAS TABLA 2-1: Mediciones que se obtienen del Power Pulse……………………………68 TABLA 2-2: Condiciones para las conexiones del Drill collar………………………...80 TABLA 2-3: Dimensiones de un Porta Mechas (Drill collar)………………………….81 TABLA 2-4: Grados más Comunes de Drill pipe……………………………………...82 TABLA 2-5: Especificaciones del BHA………………………………………………93 TABLA 3-6:Herramientas a usar en la perforación del pozo SBL-8………………...155 TABLA 3-7: Gradientes Estimadas de Formación……………………………………176 TABLA 3-8: Propiedades del lodo de perforación……………………………………178

Guido Arce Montaño

Página 11

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

RESUMEN Este proyecto de grado pretende demostrar la factibilidad técnica y económica con la aplicación de la tecnología con

Power Drive para disminuir los problemas de la

perforación del pozo SBL-8 en el campo Sábalo, donde hasta la fecha en Bolivia los pozos exploratorios profundos que atraviesan el sistema devónico, sobre todo la formación los monos, debido a su gran espesor y característica; se convierte en un verdadero obstáculo para la perforación rotatoria convencional con lodos base agua, provocando problemas tales como: derrumbes, patas de perro, canales, aprisionamientos continuos por la fuerte tendencia a la desviación. La aplicación de la técnica de perforación rotativa Power Drive es para el incremento de las velocidades de penetración en el momento de ingresar a la formación Los Monos la cual es una zona inestable; La perforación en el Campo Sábalo se realiza con el propósito fundamental

para producir gas y condensado de la formación los

Huamanpampa en el tramo 3500 mts. a 4000 mts. la descripción geológica de la formación los monos se caracteriza por tener altos buzamiento, alta presión de formación, lutitas dispersables laminadas, inestabilidad debido a los largos tiempos de hueco abierto; cuya ubicación geográfica es la república de Bolivia, Dpto. de Tarija. El análisis económico del proyecto, se lo realiza en función de una comparación en relación a la técnica convencionalmente aplicada sobre el mismo, la reducción de costos en relación a perforar con motor de fondo reduce significativamente al ralizar la perforación con POWER DRIVE con una alta eficiencia de rendimiento, obteniendo una reducción de 112,199.59 $us para los 500 mts del tramo 3500mts a 4000mts. Se determina que la perforación rotativa POWER DRIVE, emplea un tiempo de perforación de 120 horas, entre tanto con Motor de Fondo emplea un tiempo de perforación de 216 horas, lo que significa que la técnica propuesta, supone un tiempo de perforación menor en alrededor de 96 horas lo que significa una disminución en costos operativos a futuro muy significativa, incrementando las utilidades o ganancias de la empresa operadora.

Guido Arce Montaño

Página 12

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

CAPITULO I INTRODUCCION AL PROYECTO

Guido Arce Montaño

Página 13

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

CAPITULO 1 1.1 INTRODUCCION La perforación de pozos exploratorios profundos (pozos verticales o

derechos)

involucra un conjunto de parámetros, los cuales solo permiten asumir un proceso de trabajo que en la mayoría de los casos está sujeto a variaciones parciales o totales. La aplicación de la técnica de perforación rotativa Power Drive es para el incremento de las velocidades de penetración en el momento de ingresar a la formación Los Monos la cual es una zona inestable por su alto contenido de lutita en esta formación y elevadas temperaturas a

las que se encuentra, lograremos reducir los entrampamientos de

trépanos y reduciendo el tiempo de la perforación diseñando esta técnica de perforación rotativa en el Campo Sábalo SBL-8. POWER DRIVE es un sistema rotativo direccional para operaciones de perforación con sobre carga, es un sistema diseñado para perforar más rápido, el sistema rotativo direccional (RSS) de alto rendimiento, posee una sección de potencia con alto esfuerzo de torsión, totalmente integrada, que transforma la potencia hidráulica del lodo en potencia mecánica esta energía combinada con el esfuerzo de torsión y la rotación de la sarta de perforación proporcionada por la cabeza rotativa superior del equipo de perforación, incrementa significativamente el esfuerzo de torsión útil y la velocidad de rotación en el trepano.1 En Bolivia, los pozos exploratorios profundos que atraviesan el sistema Devónico, sobre todo en la formación Los Monos, debido a su gran espesor y características; las formaciones de lutitas, altas temperaturas, presiones anormales, etc.: se convierte en un verdadero obstáculo para la perforación rotatoria convencional con lodos base agua, provocando problemas tales como: derrumbes, patas de perro severas, ojo de llave, canales, amagos de aprisionamiento, aprisionamientos continuos por la fuerte tendencia

1 : www.slb.com/~/media/Files/drilling/brochures/directional_drilling/powerdrive

Guido Arce Montaño

Página 14

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

a la desviación. La solución a estos problemas no siempre es satisfactoria, ocasionando en muchos casos el abandono del pozo. El uso de tecnología avanzada de perforación tal es el caso de los sistemas rotativos direccionales Power Drive

sistema, que a diferencia del método convencional de

perforación con motor de fondo (DHM, Down hole motor), nos ofrecen la posibilidad de que se realicen cambios de inclinación y azimut mientras la columna de perforación rota en forma continua. Estos sistemas rotativos direccionales producen:  Pozos más limpios y más suaves.  Disminución del arrastre (drag).  Mejor transferencia de peso al trépano (WOB).  Incremento de la velocidad de penetración (ROP). 1.1.1

ANTECEDENTES

En el año 1996

el sistema rotativo, direccional Power

Drive empezó a

comercializarse, llegando a contribuir a la perforación del pozo de alcance extendido más largo del mundo, el pozo Wytch Farm M-16SPZ (1998), ubicado en el Sur del Reino Unido, con un alcance de 1072m2En Bolivia se realizaron trabajos direccionales utilizando motores de fondo y conjuntos convencionales, estos trabajos utilizando este tipo de herramientas a veces generan tortuosidad en el pozo. En Bolivia se realizaron corridas con esta herramienta para: Repsol YPF, Petrobras, Chaco, Pluspetrol con resultados positivos en construcciones de

curvas, sección tangencial, control de

verticalidad, además cabe mencionar que la calidad del hueco que se obtiene redunda en calidad de registros y cemento.3

2http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish04/sum04/p4_9.ashx

Guido Arce Montaño

Página 15

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

En 1873 se otorgó la primera patente de una turbina de perforación, un tipo de motor de perforación para uso en el fondo del pozo. La perforación direccional controlada comenzó a fines de la década de los 20, cuando los perforadores quisieron impedir que los pozos verticales se curvaran, al momento de necesitar desviar la trayectoria del hueco alrededor de obstrucciones o perforar pozos para recuperar el control después de un reventón imprevisto. El desarrollo del motor de fondo constituyó un poderoso complemento para los avances en la tecnología de mediciones direccionales. Desde entonces, los motores de desplazamiento positivo (PDM) que se colocan en los conjuntos de fondo (BHA) para rotar el trepano han perforado la mayoría de los pozos direccionales. 1.2 DELIMITACION  Límite Geográfico Ubicación: Departamento de Tarija Provincia: Gran Chaco Bloque: sub. Andino Sur Campo Sábalo en el Pozo 8 operada por Petrobras.  Límite Temporal Se establece un límite de inicio de este proyecto de investigación en agosto del 2014 y finalizará aproximadamente en noviembre del 2014. En el cual se contemplara todos los elementos de análisis y estudio  Limite Sustantivo Con la aplicación de la técnica Rotativa Power Drive se lograra generar mayor velocidad de penetración y generara mayor estabilidad de las paredes del pozo. 1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

3 Raymond de Verteuil and Iain McCourt, Schlumberger: “Introduction to Directional

Guido Arce Montaño

Página 16

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Actualmente la formación Los Monos se perfora con motores de fondo pero se corre el riesgo que no se consiga buena geometría del pozo debido a las características de la formación se puede originar entrampamiento del trepano, por existencia de lutita al ingresar en la formación productora Los Monos. 1.3.1 Formulación del problema ¿Sera factible Técnica y Económica la perforación con Power Drive para disminuir los problemas de la perforación del SBL-8? 1.3.2 Sistematización del problema y abordaje de la solución Para este Proyecto de Grado que propone la utilización del Power drive para atravesar la formación Los Monos del pozo SBL-8 de esta manera se tendrá una mejor geometría del hueco y se evitara el entrampamiento del trepano, con un mejor desempeño que cuando se perfora con motor de fondo. Al tratarse de un proyecto de grado se propone la solución mediante la realización de una investigación aplicada cuya teoría técnicas de desarrollo utilizando un modelo de la relación causa efecto y se aborda la solución mediante la relación acción fin.

Guido Arce Montaño

Página 17

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

1.3.3 Descripción causa-efecto y acción-fin

Causa

Efectos

Tramos inestables

Baja ROP (velocidad de penetración)

Anisotropía

Dificultad para mantener la orientación de la herramienta

Propiedades de resistencia, flexibilidad, Conductividad

Accion

Fines

Diseño de arreglo de fondo de pozo

Reducción del aprisionamiento mecánico.

Realizar diseño hidráulico la perforación

Aumento de las velocidades de penetración, por la remoción eficiente de los recortes de perforación.

Realizar el análisis económico de la aplicación de la técnica de perforación rotativa Power Drive

Guido Arce Montaño

Página 18

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Esquema de Sistematización del problema y Abordaje de la Solución

E1 Baja ROP (velocidad de penetración)

E2

F1

F2

Dificultad para mantener la orientación de la herramienta

Reducción del aprisionamiento mecánico.

Aumento de las velocidades de penetración, por la remoción eficiente de los recortes de perforación.

PROBLEMA

SOLUCIÓN

Problemas en la Perforación con el

Aplicar la Técnica de Perforación Power Drive

sistema Convencional Motor de fondo

C1 Tramos inestables

C2 Anisotropía

Propiedades de resistencia, flexibilidad, Conductividad

Guido Arce Montaño

A1 Diseño de arreglo de fondo de pozo

A2 Realizar

A3 el

Análisis

diseño

económico de la

hidráulico de

aplicación

la perforación

técnica

de la de

perforación Página 19

rotativa

Power

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Figura: 1. Diagrama causa-efectos 1.4 OBJETIVOS 1.4.1 Objetivo General Aplicar la técnica de Perforación Rotativa con Power Drive para el pozo Sábalo 8 en la formación Los Monos 1.4.2    

Objetivos Específicos Obtener datos geológicos y de perfil de tramos los Monos y Humampampa Diseño de arreglo de fondo de pozo para Power Drive Realizar el diseño hidráulico de la perforación para calcular el caudal óptimo. Realizar un análisis técnico comparativo de disminución de arrastre, torsión con

Power drive y sin Power Drive  Realizar el análisis económico de la aplicación de la técnica de perforación rotativa Power Drive 1.5 JUSTIFICACIÓN 1.5.1 Justificación Científica Los avances en la tecnología de perforación han conducido a nuevas y mejores formulaciones de perforación Rotativa Power Drive que se utilizan en operaciones críticas, en la que los costos y riesgos son altos. Estos avances tecnológicos han disminuido el riesgo de perforación y aumentado la eficiencia de las operaciones de perforación 1.5.2 Justificación Social Con este proyecto se logrará adquirir

experiencia de técnicos bolivianos, que se

presenta al perforar con el Proyecto propuesto de perforación Rotativa Power Drive en el pozo sábalo 8. 1.5.3 Justificación Económica Se lograra Reducir el tiempo y costos operativos del programa establecido de Perforación. 1.5.4 Justificación Personal Guido Arce Montaño

Página 20

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Mediante este proyecto de grado Aplicación de la Técnica de Perforación Rotativa Power drive en el pozo sábalo 8 voy a optar la titulación de la carrera de ingeniería de gas y petróleo 1.5 METODOLOGIA 1.6.1Tipo de estudio El tipo de estudio que se va a realizar es de tipo descriptivo ya que se orienta a recolectar información relacionada con el proyecto, haciendo una descripción completa de las herramienta aplicadas en la perforación direccional, así también es de tipo transversal porque se está desarrollando en un tiempo determinado para la cuantificación de los resultados y solo se presentara un informe final de los resultados. 1.6.2 Método de Investigación El método de investigación que se está utilizando en el presente proyecto está basado en el método deductivo por que partirá de lo general a lo particular, y hace un análisis de los posibles problemas que puedan emerger Durante la perforación Además se realizara un estudio de la documentación del Pozo a través de revisión de archivos, informes y todo tipo de estudios que se haya realizado en otros pozos vecinos. 1.6.3 Fuentes de Información Existen dos fuentes de información que es la primaria que consta de entrevista, consultas, a expertos, observaciones y la secundaria que consta de instituciones petroleras, documentos y manuales, fuentes bibliográficas, fuentes informativos. 1.6.3.1 Fuentes primarias Una fuente primaria es la fuente documental que se considera material de primera mano relativo a un fenómeno que se desea investigar.  Observación  Entrevistas

Guido Arce Montaño

Página 21

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Las entrevistas permiten obtener una información más completa, se explican los propósitos del estudio y especificar la información que se necesita al entrevistar a la persona adecuada. 1.6.3.2 Fuentes secundarias Las fuentes secundarias son textos basados en fuentes primarias, e implican generalización, análisis, síntesis, interpretación o evaluación . Las fuentes de información secundarias a utilizar son:  Fuentes Institucionales Adquirida mediante la Empresas especializadas en perforación.  Fuentes Documentales Selección de documentos, información de estadísticas, manuales de procedimientos, reglamento interno, informes, etc.  Fuentes Bibliográficas Se recopilara todo el material bibliográfico que será empleado todo lo relacionado a la aplicación del Sistema de Perforación Direccional Rotativo con Power Drive  Fuente Información Mediante dicha fuente de información se adquirieron algunas páginas de Internet que se relacionan con el tema propuesto. 1.6.4. Estudio preliminar La recopilación de información se realizara mediante fuentes de información existentes inicialmente se realizó observaciones en documentación y pozos que ya tienen antecedentes con problemas de entrampamientos del trepano al ingresar en la formación Los Monos durante la perforación.

Guido Arce Montaño

Página 22

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

También se realizara un análisis exhaustivo de la documentación del Pozo a través de la revisión de archivos, informes, estudios y todo tipo de publicación que se haya realizado, dicho análisis está enfocado a complementar la información necesaria para la elaboración del presente proyecto. El tratamiento de información se iniciara con la verificación de la información del pozo, con el fin de ser objetivos con la información que se obtendrá. También se realizara un pedido de información técnica sobre el historial, geología, producción, etc. Se realizaran los respectivos cálculos de ingeniería para la propuesta de aplicación de la técnica rotativa Power drive en el pozo sábalo 8.

Guido Arce Montaño

Página 23

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

CAPITULO II MARCO TEÓRICO

Guido Arce Montaño

Página 24

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

CAPITULO II 2.1 MARCO TEORICO CONCEPTUAL 2.1.1 Perforación con Power Drive Es la potencia para perforar más rápido el sistema rotativo direccional de alto rendimiento Power Drive posee una sección de potencia con alto esfuerzo de torsión, totalmente integrada que transforma la potencia hidráulica del lodo en potencia mecánica esta energía combinada con el esfuerzo de torsión y la rotación del trepano de perforación proporcionada por la cabeza rotativa superior del equipo de perforación, incrementa significativamente el esfuerzo de torsión útil y la velocidad de rotación útil y la velocidad de rotación en el trepano. La capacidad de esfuerzo de torsión adicional posibilita un mayor peso sobre el trepano lo que se traduce en mayor velocidad de penetración y conduce a una operación de perforación más eficaz desde el punto de vista de sus costo. Características: •

Mejora el flujo de los recortes de perforación más allá del BHA por que no se crean cuellos de botella

•

La ROP se incrementa debido a la eficiente remoción de los recortes

•

Se reducen los problemas de atascamiento mecánico por presión diferencial

•

Direccionamiento preciso y sensible e independiente de la formación o del calibre del pozo

Figura: 1. Mecanismo de direccionamiento del sistema Power drive

Guido Arce Montaño

Página 25

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Guido Arce Montaño

Página 26

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Fuente: schlumberger 2.1.1.2 Principios del Power Drive456 El Power Drive es un sistema ‘empujar el trépano’ el cual conduce a través de la utilización de los Pads que empujan un lado de la pared del pozo. Figura: 2. Principios del Power drive

Fuente: www.slb.com/~/media/Files/drilling/brochures/directional_drilling/powerdrive Los tres Pads empujan secuencialmente sobre un lado del agujero al mismo tiempo que la rotación de la sarta de perforación, presionando al trépano en la dirección correcta. La válvula de control central permanece estacionaria. Figura: 3. Principio de la Válvula de Control

4 EVANS, Melyssa: Power Drive X5 Operations Referente Manual, Version 2.0 USA, 2005. Secciones: 2, 3 y 4.

5 GOULD, Bob: Introduction to the Bias Unit, USA, 2003 6 GOULD, Bob: Introduction to the Control Unit, USA, 204

Guido Arce Montaño

Página 27

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Fuente: www.slb.com/~/media/Files/drilling/brochures/directional_drilling/powerdrive 2.1.1.3 Componentes del Power Drive Los componentes más importantes de esta herramienta son: -

El Bias Unit.

-

El Estabilizador Espiral.

-

El Cross Over que alberga el filtro y al arreglo del Choke.

-

La Unidad de Control Figura: 4.Componentes del Power Drive

Fuente: www.slb.com/~/media/Files/drilling/brochures/directional_drilling/powerdrive 2.1.1.4 Bias Unit Los componentes más importantes del Arreglo del Bias Unit son: -

El cuerpo del Bias Unit.

-

Los Clarnp Plates.

-

Los Pasadores.

Guido Arce Montaño

Página 28

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

-

Los Kickers.

-

Los Pads.

-

El Spider.

-

El Spider Locking Ring. Figura: 5. Conformación del Bias Unit

Fuente: www.slb.com/~/media/Files/drilling/brochures/directional_drilling/powerdrive 2.1.1.5. Arreglo del Cross Over Los componentes más importantes encontrados dentro del Croes Over son: -

El Control Shaft.

-

El rotor.

-

El cuerpo del Choke.

-

El filtro.

Guido Arce Montaño

Página 29

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

-

El anillo de Sello.

-

El Cross Over

Figura: 6. Componentes Principales del Arreglo del Cross Over

Fuente: www.slb.com/~/media/Files/drilling/brochures/directional_drilling/powerdrive 2.1.1.6. Unidad de control La unidad de control tiene la función de controlar la orientación de la válvula rotaria del Bias Unit. Sosteniendo el rotor geoestacionariamente respecto de la formación en cada uno de los pads de Bias, los cuales se extenderán hasta un punto específico, permitiendo que el pozo sea desviado en la dirección requerida. Figura: 7. Mayores Componentes de la Unidad de Control

Fuente: www.slb.com/~/media/Files/drilling/brochures/directional_drilling/powerdrive

Guido Arce Montaño

Página 30

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

La unidad de control consiste de un cartucho presurizado que contiene la parte electrónica y los diferentes sensores, los cuales están montados dentro de un collar no magnético, a través de un juego de bearings en los agarradores. Estas bearings permiten a la unidad de control rotar independientemente del BHA. La dirección de la rotación será determinada por la acción de las torques, los cuales están montados externamente en el cartucho presurizado. La unidad de control posee los siguientes sensores: -

Tres acelerómetros para el cálculo de la inclinación.

-

Un sensor de temperatura.

-

Tres magnetómetros para el cálculo del azimut.

-

Ron rate gyro para medir la estabilización del toolface. Dos magnetómetros en el eje del collar, para saber el campo magnético desde los imanes montados en el collar y que son usados para calcular la posición angular de la unidad de control respecto del collar.

-

Sensor de Gamma Ray (opcional).

2.1.1.7 Dirección del Desvío El control Shaft es mantenido a determinado ángulo. El manejo y la cantidad de desviación son controlados por el Control Shaft. El Spider rota dentro del cuerpo del Bias Unit. (Figura 5). El control Shaft es mantenido estacionario por el Control Unit. Figura: 8. Función del Spider

Guido Arce Montaño

Página 31

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Fuent e: www.slb.com/~/media/Files/drilling/brochures/directional_drilling/powerdrive La válvula rotaria abre y cierra y permite al lodo alimentar a las patas del Spider (Figura 9) y por tanto a los Pads. Este es el componente clave para mantener el ángulo de desviación. Figura: 9. Patas del Spider Arrojando Lodo en la Dirección Requerida

Fuente : www.slb.com/~/media/Files/drilling/brochures/directional_drilling/powerdrive 2.1.1.8 Flujo de Lodo Una pequeña cantidad del lodo que fluye hasta el trépano de perforación es desviado y usado para operar los Pads El lodo entra a la sección del Cross Over y fluye a través del centro del BU hasta el trépano, retornando a la superficie por el espacio anular (Figura 10). Un pequeño porcentaje del flujo de lodo es desviado y usado para controlar los Pads. Este pasa a través del Filtro, el cual remueve las partículas grandes y escombros, como se muestra en la (Figura 11) Figura: 10. Flujo de Lodo a través del PD y su retorno a Superficie

Guido Arce Montaño

Página 32

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Figura: 11 . Flujo de Lodo pasa por el Filtro

El lodo Filtrado fluye a través del orificio del cuerpo del Choke y a lo largo de la galería interna hasta la válvula rotaria, como se ve en la (Figura 12) Figura: 12. Lodo a través del Choke

Cuando el puerto estacionario en la válvula rotaria se alinea con el puerto rotario en el Spider, el lodo fluye y pasa a lo largo de la pata del Spider. Este fluye a lo largo de la perforación dentro del cuerpo del BU hasta la cámara del Pad donde el lodo lo empuja y este se abre. (Figura 13) Figura: 13. Pad Abierto

Guido Arce Montaño

Página 33

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Cuando el Pad no está presionando contra las paredes del pozo, el lodo es liberado de vuelta a la superficie a través del espacio anular (Figura 13). Cuando uno de los Pads abre y empuja secuencialmente contra la formación, empuja al trépano en la dirección requerida (Figura 14). Figura. 14. Flujo de Lodo cuando los Pads No Trabajan

Figura. 15. Pad Empujando a la Formación

2.1.1.9Capacidad de Mantener la Horizontalidad o Verticalidad El Power Drive puede perforar recto además de su capacidad de desviar. El Power Drive controla la cantidad de desviación y conduce el trépano manteniendo el Control Shaft estacionario. Es el control Shaft rota en una manera controlada la válvula rotaria también rotara causando la rotación de la desviación (figura 15). Figura: 16. Válvula de Control en las dos Posiciones

Guido Arce Montaño

Página 34

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Fuent e: www.slb.com/~/media/Files/drilling/brochures/directional_drilling/powerdrive La válvula rotaria central se mantiene estacionaria para una desviación total y rota para mantenerlo sin desviación. El BU sobresale dentro del agujero durante la perforación a desviación total pero se mantiene centrado dentro del agujero cuando la perforación se mantiene en neutro (no existe desviación). En el modo neutral la dirección de la desviación es forzada a rotar. El resultado es que el trépano de perforación perfora recto (0 de desviación), como se muestra en la Figura 16. Figura: 17. Válvula en las dos Posiciones

Fuente: www.slb.com/~/media/Files/drilling/brochures/directional_drilling/powerdrive Los usuarios pueden variar el tiempo que el PD perfora ya sea en modo neutral o desviación total, de esta manera ajusta la severidad de la desviación. Ambos, el Control Shaft y la válvula rotaria giran a 16 RPM menos que la sarta de Perforación perforando recto, lo cual mantiene el uso de los sellos internos al mínimo. 2.1.2 PERFORACION CON MOTOR DE FONDO 2.1.2.1 Introducción El desarrollo de los motores de fondo, tuvo un proceso lento en función de las aplicaciones de operaciones de perforación direccional, siendo los primeros EEUU. (1873) y Alemania (1938), luego vinieron Rusia y Francia. Guido Arce Montaño

Página 35

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Inicialmente los motores de fondo eran manejados eléctricamente con resultados satisfactorios, pero fueron desechados por problemas de suministros de corrientes. A partir de 1968, se aplicaron los motores de desplazamiento positivo (MDP) en pozos direccionales, mejorando cada vez más sus características de diseño. Con el sistema convencional de perforación de pozos profundos donde el tiempo de perforación del tramo es muy alto, la perforación con motores de fondo elimina los problemas que dañan la cañería, fatigan la columna de perforación y ocasionan derrumbes mecánico a las paredes del pozo, puesto que el trépano removido ya no desde la superficie, sino directamente en el fondo del agujero. 2.1.2.2 Tipos de motores Existen tres tipos básico de motores de fondo: 1.- Turbinas o turbodrill. 2.- De desplazamiento positivo. 3.- Electrodrill. Los parámetros dentro de los cuales los motores de fondos pueden funcionar efectivamente, prolongando la vida de la herramienta, dependen básicamente de los siguientes factores: -

Fluido de perforación.

-

Capacidad de bombas.

-

Condiciones de agujero.

-

Conjuntos de fondo.

2.1.2.3 Motores de Desplazamiento positivo "MDP" Estos motores de fondo, funcionan basados en la Ley o principios Moineau, desarrolla un desplazamiento positivo con una producción en línea, dependiendo de la velocidad Guido Arce Montaño

Página 36

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

rotacional del régimen de flujo del fluido de perforación. El funcionamiento de los "MDP" que operan basados en este principio, es que son totalmente independiente de la densidad del fluido de perforación, los cuales han optimizado el principio de diseño para obtener mayor eficiencia de trabajo tanto en aplicaciones de perforación direccional como vertical. 2.1.2.4 Descripción y partes componentes de los "MDP" El "MDP", es una herramienta cuyo desarrollo fue logrado optimizando el principio básico de desplazamiento positivo Moineau para perforaciones con rotación mínima de la columna de perforación, este motor cuya potencia hidráulica es conducida por la circulación del fluido, transmite la energía directamente al trépano desarrollando grandes velocidades de rotación, en estas condiciones los pesos requeridos para perforar serán menores que con la perforación convencional. Este principio operacional elástico de transmitir fuerza rotacional, tiene muchas ventajas adicionales respecto a los métodos convencionales de perforación de las Cuales se citan las siguientes: a)

Provee rotación al trépano, sin rotación de toda la columna de perforación, obteniendo un buen ahorro de energía.

b)

Aplicaciones en perforaciones direccionales y control de desviación en pozos verticales.

c)

Minimizan los problemas de roturas por fatiga de materiales, ocasionados por el movimiento combinado de rotación y altos pesos.

d) Reducción de la columna de porta mechas, puesto que en la mayoría de los casos no es necesario aplicar peso elevado sobre el trépano. e) Menor desgaste y deterioro de cañerías, sondeo y porta mechas. f) Mejor control de la dirección de inclinación en operaciones de desviación de pozo. g)

Es utilizado con éxito para la perforación horizontal con todo tipo de fluidos de perforación (lodos base agua, aceite).

h) Optimiza la fuerza en el trépano, sin producir fricción en la sarta de perforación. Guido Arce Montaño

Página 37

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

i)

Permite una selección amplia de trépanos para diferentes formaciones por los límites variables de velocidad de rotación, las cuales son controladas por la cantidad de fluido que pasa por la herramienta.

j)

Puede trabajar satisfactoriamente en pozos con temperaturas de fondo mayores que 250°F.

2.1.2.5 Desventajas del Motor de Fondo tiene fundamentalmente las siguientes: a)

En caso de pérdidas de circulación durante la perforación, no se puede circular a través del motor con algunos obturantes como fibras, cáscaras de nuez, etc.

b)

Limita las operaciones en caso de descontrol de pozos.

Los "MDP" inicialmente se utilizaron como herramienta direccionales, posteriormente su aplicación está ampliamente difundida por todo el mundo en la perforación de pozos direccionales y verticales, debido a las ventajas mencionadas y por su compatibilidad con todos los equipos de perforación. El diseño de los "MDP", es tal que toma la energía cinética hidráulica del sistema de fluidos de perforación, para convertirla en esfuerzo rotor, el cual es transmitido al trépano, todo ello realizado con rotación mínima de la columna de perforación. El "MDP" funciona eficientemente con cualquier densidad de lodo y con todos los tipos de fluidos de perforación incluyendo agua, agua salada, emulsión inversa, fluidos con alta viscosidad y aire. La sección multietapa (estator) de esta herramienta está formada por el cuerpo de una goma sintética que es resistente a la abrasión y daños por hidrocarburos. La cavidad del estator es un perfil espiralado, éste puede ser afectado por las altas temperaturas de fondo del pozo o sometido a ataques químicos de hidrocarburo aromático de la fase diesel en sistema de lodos base aceite Esta herramienta consiste de cinco componentes básicos: 1. Válvula de paso. 2.

Motor Multietapa (Rotor, Estator).

Guido Arce Montaño

Página 38

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

3.

Junta Universal.

4.

Conjunto de Rodamientos.

5.

Sustituto de Rotación.

Cada componente tiene una posición y función específica para maximizar la eficiencia de operación. 2.1.2.6 Tipos de motores de desplazamiento positivo "MDP" La característica de los "MDP" que operan basados en el Principio Moineau, es una función de la geometría del diseño del estator y rotor. El torque disponible y la velocidad rotacional dependen del ángulo del espiral y del número de lóbulos del rotor y estator. Hay tres tipos de motores de fondos para diferentes requerimientos de perforación, diseñados como sistema de construcción modular, diferenciándose principalmente en las secciones del motor y en la relación motor/estator o configuración y variaciones de torque y velocidad. 2.1.2.7 Motores de bajo torque y altas velocidades de rotación Son motores de desplazamiento positivo con una configuración de 1/2 rotor/estator. El bajo torque, alta velocidad de rotación y longitud corta del motor, los hace adecuados para trabajos de perforación direccional: Sidetrack, Correcciones de ángulo y Pozos Direccionales. Figura: 18. Motor de desplazamiento positivo de medio lóbulo alta velocidad derotación y bajo torque

Guido Arce Montaño

Página 39

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

La herramienta tiene requerimientos relativamente bajos de caudales, haciendo ideal para aplicaciones donde el bombeo es un factor limitativo. A pesar de sus bajos requerimientos de flujo, tiene un amplio rango de velocidades (115689 rpm.) y genera suficiente torque al trépano permitiendo buena penetración y control direccional preciso. También ofrece buen rendimiento en aplicaciones de intervalos cortos, tales como pozos pilotos y control de pozos verticales. Con caídas de presión entre 350 y 500 psi. en el trépano, provee operaciones efectivas con la particularidad de que esta herramienta se adapta a equipo con moderada capacidad de bombeo. En resumen los beneficios, de esta herramienta son: -

Control direccional preciso.

-

Perfora con equipos de baja capacidad de flujo de lodo.

- Rendimiento versátil como una variedad de tipos de trépano de diamantes naturales y "PDC". - Amplios rangos de velocidad de rotación. 2.1.2.8 Motores de alto torque y mediana velocidad rotacional Son motores de desplazamiento positivo que pueden mejorar el rango de penetración de ambas aplicaciones: perforación de pozos verticales y direccionales. Esta herramienta, tiene una configuración multietapa 1/2 rotor/estator, que genera alto torque a medianas velocidades de rotación, debido a su longitud con relación al "MDP" anterior, desde 120 a 700 rpm. Para altos rangos de penetración. Esto le da preferencia para perforaciones de pozos verticales en formaciones dificultosas y de grandes espesores, combinado con trépano los "PDC", de diamantes naturales e híbridos, además puede lograr una perforación estabilizada óptima. En resumen los beneficios más significativos de esta herramienta son:

Guido Arce Montaño

Página 40

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

- Velocidad media de rotación, alto porque. -

Incrementar la fuerza al torque.

- Alta eficiencia, arriba del 90%. - Alto rendimiento de perforación combinando con trépanos de diamantes naturales, diamantes "PDC" e híbridos. -

Menor deterioro de la sarta de perforación y cañerías

. 2.1.2.9 Motores de alto torque y bajas velocidades rotacionales Son motores de desplazamiento positivo que desarrollan alto torque al trépano, con rangos de velocidad relativamente bajos de 70 a 250 rpm. El alto torque disponible, permite aplicar mayor peso sobre el trépano para incrementar los rangos de penetración Esta herramienta desarrolla velocidades más lentas con respecto a otros motores de fondo y permite aplicar mayor peso sobre el trépano. Estos "MDP" tienen una configuración multilóbulo 3/4, 5/6 y 9/10 rotor/estator, que genera mayor torque que otros "MDP", permitiendo mayor peso sobre el trépano, especialmente es recomendado para utilizar con trépano triconos. Debido a que desarrolla fuerza a bajas velocidades, puede mejorarse el rendimiento de estos trépanos sin acelerar el desgaste de los cojinetes a conos del mismo. Tiene la capacidad de regular su rotación mediante una boquilla ubicada en la parte superior del rotor. La sección de la boquilla permitirá controlar: - La velocidad de rotación del trépano. - Limitación por presión (densidad de lodo capacidad de bomba, gradiente de fractura). -

Caudal para mejorar limpieza, regular la rpm. del trépano y reducir las pérdidas de presión.

El caudal que será derivado a través de la boquilla puede ser calculado mediante la siguiente fórmula: Guido Arce Montaño

Página 41

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Motor de fondo con boquilla de paso Fórmula

Q=v–

( DP ) X ( AFT ) ( 0. 000092 ) x( D)

Donde: DP = Presión diferencial del motor, PSI. D

= Densidad de lodo. LGP.

G

= Caudal a través de la boquilla GPM.

ATF = Área total del flujo de la boquilla del rotor, plg2 El singular diseño del conjunto de rodamientos y calidad del material del estator, permita obtener mayor fuerza hidráulica al trépano y prolongar la vida del motor. Los beneficios de esta herramienta son: - Mayor penetración con trépanos triconos. - Alto torque del motor. - Menor deterioro de la sarta de perforación y cañerías. - Mejor control de la trayectoria del pozo. - Perforación con altos peso sobre el trépano. - Corrección de ángulos verticales. - Boquilla en el rotor para regular las rpm. del trepano 2.1.2.10 Calculo del mínimo diámetro efectivo del pozo Arthur Lubinski fue uno de los primeros en aplicar las matemáticas a la perforación. En los primeros años de la década de los 50 estableció que el diámetro de los porta mechas inferiores podría ser el factor limitante de los movimientos laterales del trepano y el mínimo diámetro efectivo del pozo MDEP podría ser calculado por la siguiente ecuación. Guido Arce Montaño

Página 42

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

MDP =

D. E. Trepano

+

D. E.

Portamecha

EC. 1

2 DONDE: D.E = diámetro efectivo del trepano MDP= mínimo diámetro efectivo del pozo Roberts Hoch teorizo que mientras se perfora un trepano no estabilizado, en el ángulo del pozo pude ocurrir un cambio brusco de dirección si se encuentran capas duras y que una pata de perro de esta naturaleza puede originar un pozo de menor diámetro haciendo dificultoso o a veces imposible, bajar la cañería de revestimiento. Hoch expreso que para minimizar la posibilidad de aprisionamiento de sartas revestidoras en pozos que se perforan con trépanos no estabilizados o con porta mechas estabilizados en un solo punto, se sugiere que el diámetro exterior mínimo permisible de los porta mechas del conjunto de fondo de pozo sea siempre mayor que el doble del diámetro exterior del acople de la cañería de revestimiento que se ha de instalar, menos el tamaño del trepano y con este fin reformulo la ecuación de Lubinski para determinar el mínimo diámetro exterior permisible de porta mechas de fondo de pozo. MD =

2(D. E. Cupla cañería entubación) - (D. E. Trepano)

Guido Arce Montaño

Página 43

EC.2

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Tabla. 1 Apartamiento de la vertical y pérdida de profundidad en pozos desviados fuera de la vertical

Figura: 19 Patas de perro

Guido Arce Montaño

Página 44

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Figura: 20 Pata de perro brusca

A veces la cuña se desmenuza y no requiere perforación para desprenderla. Por lo mismo, en el lado bajo del pozo, en la laminación queda adherida una cuña ligeramente protuberante, dicha cuña forma un pequeño guiasondas que tiende a forzar el trepano buzamiento arriba, o en dirección ascendente. 2.1.2.11 Porque restringir el ángulo total del pozo El ángulo total del pozo debería ser restringido para: -

Mantener un pozo dado dentro de los límites de la concesión o del bloque objeto y no derivar en una propiedad adyacente.

-

Asegurar que la perforación atraviese un horizonte productor dado (trampa estratigráfica, areniscas, bloque de fallas, etc.), de acuerdo a un programa específico.

-

Perforar un pozo cerca de la vertical para satisfacer los requerimientos legales establecidos por las autoridades correspondientes, las reglamentaciones de los yacimientos, etc. La restricción o limitación del ángulo total puede resolver

Guido Arce Montaño

Página 45

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

alguno problemas, como se puede apreciar en la, el típico límite de 5º no asegura un pozo libre de dificultades con patas de perro. 2.1.2.12 Porque restringir el gradiente de cambio de ángulo del pozo LUBINSKI indico en su trabajo en los primeros años de la década del 60, que el gradiente de cambio de ángulo deberá ser la principal preocupación, no necesariamente el máximo ángulo de pozo, y expreso este cambio del ángulo en grados cada 100 pies. En 1961, un grupo de estudio del API público un método tabular de determinación del máximo permisible de patas de perro severas que podrían ser aceptables en la perforación rotatoria y en las determinaciones de pozos. Por lo tanto el principal objetivo es perforar un pozo sin problemas, con un diámetro nominal, de conducto suave, libre de patas de perro, canaletas, espirales, excentricidades y escalones. Una canaleta se forma después de que parte de la sarta de barras de perforación ha pasado a través de la pata de perro. Dado que la barra de perforación está en tensión, trata de enderezarse por sí misma mientras atraviesa la pata de perro. Esto crea una fuerza lateral que causa el corte de la formación por la barra de perforación en el centro del arco mientras rota formando un ojo de llave. Esta fuerza es proporcional a la magnitud del peso actuante debajo de la pata de perro, una canaleta se formara únicamente si la formación es suficientemente blanda y la fuerza lateral suficientemente grande como para permitir la penetración de la barra de perforación. Cuando se forman patas de perro severas y canaletas, se pueden producir muchos problemas. 2.1.2.13 Problemas asociados con las patas de perro y canales 2.1.2.13.1Fatiga de las barras de perforación Lubinski fijo pautas para restringir el gradiente de cambio de ángulo en los pozos. Dijo que si un programa está preparado para evitar el daño a las barras de perforación mientras se perfora el pozo, será también aceptable para los diseños convencionales de tubería de producción, cañería de revestimiento y columnas de varillas de bombeo en Guido Arce Montaño

Página 46

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

cuanto respeta a la severidad de la pata de perro. Un ejemplo clásico de la condición de pata de perro severa que produce fallas por fatigas en las barras de perforación puede verse en la (Fig. X). El esfuerzo en el punto B es mayor que en el punto A. Pero a medida que la barra rota, el punto A se mueve del interior de la flexión exterior y vuelve al interior, de forma tal, que cada fibra de la barra va de un mínimo de tensión a un máximo y vuelve a un mínimo de tensión. El aprisionamiento puede ocurrir por hinchamiento o derrumbe de las paredes del pozo o mientras se saca la sarta de perforación al pasar los porta mechas de mayor diámetro a través de un canal o debido a presión diferencial o cuando se pasa por ojo de llave formado después de que la sarta de perforación ha pasado por un punto de inflexión. La tubería esta en tensión y tiende a enderezarse, generando así una fuerza lateral que la hace penetrar en el centro del arco a medida que gira. Dicha fuerza es proporcional al peso de la sarta de la inflexión hacia abajo. La formación de ojo de llave tiene lugar especialmente en formaciones blandas y puede ocasionar a su vez el aprisionamiento de porta mechas. La particularidad de este tipo de aprisionamiento es que la sarta de perforación puede ser bajada al fondo, no así sacada del pozo. Esta situación puede determinar que se realicen operaciones de pesca, las cuales se complican en los pozos direccionales debido a que la herramienta se apoya en el lado bajo del pozo existiendo por tanto excentricidad de la misma. La circulación del fluido de perforación no sufre ninguna variación por lo que se considera normal. El método de prevención para este tipo de aprisionamiento es el de llevar un estricto control de la desviación del pozo para detectar la presencia de excesivas inflexiones y rectificarlas repasando el tramo afectados con los arreglos especiales y escariadores. 2.1.2.14 Registros Las herramientas y cables para la toma de registros pueden aprisionarse en los Canales y también puede dañarse en la pared del pozo causando serios problemas. Guido Arce Montaño

Página 47

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

La toma de registros es importante en la planificación de la terminación de un pozo con desviación controlada, sin embargo las herramientas convencionales para efectuar este delicado trabajo no son totalmente aplicables a esta tecnología, debido principalmente al uso del cable por estas y los ángulos de desviación con los que se trabaja. Entre los principales factores que afectan la tomas de registros, en lo que se refiere a la bajada de la herramienta tenemos los siguientes: -

Coeficiente de fricción del cable, herramienta y pozo.

-

Peso y rigidez del sistema.

-

Angulo y longitud de la sección desviada.

-

Condiciones del pozo.

-

Peso del fluido de perforación, viscosidad, lubricidad, etc.

-

Incremento de desviación y cambio de ángulo.

Existen diversos criterios en cuanto al uso del cable y sus diámetros, para su Utilización en pozos de desviación controlada y direccionales, el diámetro del cable convencional utilizado en la mayoría de los pozos es de 15/32” desde un punto de vista técnico. Sin embargo, existen algunas ventajas en la utilización de un cable de mayor diámetro 16/32”, por ejemplo estas ventajas ayudan en una ligera ganancia en cuanto a la densidad y rigidez adicional las cuales ayudan en el descenso y una mayor capacidad de soportar los esfuerzos de tensión (6000Lbs.), lo que es útil en los aprisionamientos de herramientas. En general las herramientas de registro a cable tendrán un libre descenso debido a la gravedad en pozos que tengan una desviación de hasta 45º de la vertical. Sin embargo, estas herramientas y cable para registrar pueden aprisionarse en las patas de perro severas, canales, ojos de llave y también pueden llegar a dañarse causando serios problemas. 2.1.2.15 Bajada de la cañería de revestimiento Antes de bajar la cañería de producción, que es una de las operaciones más críticas posteriores a la de la perforación de un pozo profundo, la condición más importante para Guido Arce Montaño

Página 48

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

el éxito de esta operación es la de tener el agujero acondicionado para asegurar que la cañería llegue al fondo sin problemas. Los aspectos básicos que ayudaran a alcanzar este objetivo son: -

Repasar el agujero tantas veces sea necesario con un arreglo rígido, en todos los tramos y puntos donde hubo resistencia al bajar la herramienta y arrastre al sacar la misma, teniendo cuidado de conformar los tramos y puntos más severos donde existan patas de perros, ojos de llaves, etc.

-

Acondicionar el fluido de perforación bajando los valores de viscosidad plástica, punto cedente y geles a valores mínimos que garanticen la suspensión de sólidos inertes deseables. Mantener el contenido de sólidos bajos.

-

Registrar y medir la cañería a ser bajada.

-

Utilizar llaves y cuñas hidráulicas para asegurar que la torsión de enrosque sea la adecuada, para hacer más rápida la operación y minimizar el tiempo en el que la cañería permanezca estática frente a la formación, reduciendo las posibilidades de pegamiento por presión diferencial.

-

Controlar la velocidad de baja para evitar fracturar la formación debido a las presiones de émbolo inducidas.

-

Debido a la elevada longitud de sarta se debe hacer circulaciones intermedias cada 500 o 1000 m. para romper geles paulatinamente y evitar la inducción de pérdidas de circulación.

-

Para una mejor aislación de zonas, colocar centralizadores a la profundidad deseada.

-

Para mejorar el movimiento de la cañería durante el acondicionamiento del fluido de perforación y la cementación, colocar bandas separadoras, una por unión en las secciones muy desviadas o en las patas de perro.

-

Utilizar dos anillos selladores por encima y por debajo de la zona a ser aislada, para minimizar el flujo a través del micro anillo entre la cañería y el cemento

Guido Arce Montaño

Página 49

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

-

Cuando la cañería este en el fondo, reiniciar circulación a un caudal equivalente o mayor que la velocidad anular a través de los porta mechas durante la perforación, si la densidad equivalente de circulación lo permite.

-

Hacer que la cañería este en continuo movimiento de 15 a 30 pies para reciprocarla y 6 a 10 RPM para rotación, sin exceder los límites de tensión y torsión.

-

No iniciar la cementación, por lo menos hasta que el 95% del volumen del agujero, calculando en base al registro de calibre, sea circulado.

Durante la circulación, acondicionar el fluido de perforación hasta que los valores de geología vuelvan a los predeterminados si es que hubieran cambiado durante la bajada de cañería 2.1.2.16 Cementación La cementación se ajustara a las condiciones actuales o reales del pozo. Es preciso hacer notar, que en los registros corridos una vez finalizado en el pozo, en el registro de buzamiento, se incluye el calibre del pozo, el cual computarizado nos da el volumen total del pozo y el volumen en el espacio anular con cañería a revestir. Las condiciones ideales significan que la cañería esté perfectamente vertical y centrada para que así el cemento se distribuya en forma homogénea sin formación de anillos. La presencia de patas de perro forzará la cañería de producción contra la pared del pozo evitando una adherencia del cemento ya que esta no podrá circular en ese punto, entre la pared y la cañería, especialmente si estos puntos de inflexión son bruscos, en otras palabras tiene mucho que ver para una buena cementación la geometría del pozo y la desviación del mismo. El movimiento de la cañería durante la cementación, es uno de los principales factores que afecta el desplazamiento del fluido de perforación del cemento. Una situación ideal es que la cañería sea rotada o en su defecto reciprocada unos 30 pies hasta que el tapón superior llegue al fondo. El arranque por fricción, peso de la cañería y pegamiento por

Guido Arce Montaño

Página 50

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

presión diferencial son factores que no permiten o limitan el movimiento de la cañería. Este pegamiento por presión diferencial, que a veces es un factor muy importante, en función de: -

El área de contacto entre la cañería y la pared permeable del agujero -

La presión diferencial entre la columna del fluido de perforación y la formación.

-

Fuerza de tracción disponible.

-

Coeficiente de atascamiento. El coeficiente de atascamiento es una función de las propiedades del fluido de perforación, en forma particular el filtrado y el tiempo durante el cual la cañería permanece estática contra la formación permeable. Al reducir el tiempo mediante procedimiento de cementación rápida, después de que la cañería se encuentre en el fondo, frecuentemente se puede eliminar el pegamiento por presión diferencial. 2.1.2.17 Control del ángulo de desviación Una vez se tiene las posibles causas de la desviación y el rumbo del pozo, el control direccional se logra en su mayor parte, mediante métodos corrientes de perforación. 2.1.2.17.1 El principio de fulcro El incremento subsiguiente para obtener el ángulo predeterminado de inclinación aplicando el principio de fulcro. Este es un escariador o estabilizador, que se instala en la sarta de perforación, inmediatamente arriba del trepano. Cuando se aplica el peso debido, el estabilizador ejerce efecto palanca en la sarta y hace que aumente el ángulo del pozo. Para acción adicional de palanca arriba del punto de fulcro se puede usar una sub-extensión. La experiencia indica que mientras más flexible sea el conjunto situado inmediatamente arriba del fulcro, más rápido es el aumento del ángulo. Por consiguiente, la selección del conjunto más indicado lo determina el régimen de aumento que se requiera para cada operación específica. Guido Arce Montaño

Página 51

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

El conjunto estándar de incremento es relativamente flexible. Se usa para regímenes normales de aumento y se saca del pozo una vez logrado el ángulo máximo. Para aumentos rápidos de ángulo se usan otros dos conjuntos: el de Guilligan y el corto. Pero, son de tal flexibilidad que requieren estrecha vigilancia y estudios direccionales a intervalos cortos, otros dispositivos que se usa para aumentar el ángulo de inclinación es el motor de fondo, parecido al que se usa con herramienta deflectora. 2.1.2.17.2El principio de estabilización Cuando se logra el ángulo determinado de inclinación, este se debe mantener hasta la profundidad final, o hasta que el pozo deba retornar a la vertical, la estabilización requiere conjuntos rígidos de fondo de pozo para una adecuada tensión y combinación de velocidad rotatoria y peso sobre el trepano, Un conjunto rígido de uso común es de conjunto empacado estándar que consta de un escariador o estabilizador puesto justamente encima del trepano y de otro escariador o estabilizador situado arriba del porta mecha corto o diámetro grande. Este conjunto es muy rígido. Los porta mechas que se usan son lo suficientemente pequeños para pescarlo pero lo bastante grandes para evitar que el trépano se desvíe a la derecha o a la izquierda de la dirección o rumbo requerido. Otro conjunto es el de empaque máximo, todavía más rígido que el anterior, y bien apropiado para regiones donde hay pronunciada tendencia a la deriva lateral. Tiene dos estabilizadores de calibre plano o un porta mecha cuadrado justamente arriba del trépano un porta mecha grade de fondo y dos estabilizadores más, inmediatamente encima, La rigidez del porta mecha de fondo hace que el conjunto resista la tendencia a perforar en curva, cosa que el trépano perfore inclinado pero en línea recta. 2.1.2.17.3 Principio de péndulo Este principio básico se aplica para disminuir el ángulo de inclinación cuando se perfora pozos de configuración en “S”.

Guido Arce Montaño

Página 52

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

El efecto pendular se produce removiendo el estabilizador puesto encima del trépano. Pero dejando el estabilizador superior. El resultado es que el estabilizador remanente mantiene el porta mecha del fondo apartado del lado bajo de la pared del pozo: la fuerza de gravedad actúa sobre el trépano y sobre el porta mecha del fondo y tiende a hacerlos volver a la vertical, pero como quiera que el trépano está comprimido contra el lado bajo del pozo por el peso de porta mecha del fondo y puede perforar lateralmente o de frente, el ángulo del pozo disminuye a medida que el trepano avanza. Por consiguiente vuelve a la vertical. Un conjunto que se usa comúnmente para reducir el ángulo es el de disminución gradual, diseñado para mantener la dirección de pozo a tiempo que se reduce gradualmente el ángulo de inclinación. Otro conjunto es el de disminución estándar, para reducir el ángulo a razón de 1 ½ grados por 100 pies. Finamente, el conjunto Guilligan se usa para disminuir rápidamente el ángulo. También se puede considerar que en la década del 50, Woods y Lubinski colaboraron en el análisis matemático de las fuerzas actuantes sobre un trépano cuando se perfora en un pozo inclinado, basando sus cálculos en tres suposiciones básicas: -

El trépano es como una articulación esférica (rotula) libre para rotar, pero lateralmente restringido.

-

Los porta mechas se recuestan en la pared inferior del pozo y permanecen allí.

-

El trépano perfora en la dirección en la cual es empujado, no necesariamente en la dirección a la cual es rígido. Consecuentemente, las fuerzas que actúan sobre el trépano pueden ser en: La carga axial, suministrada por la componente del peso de los porta mechas.

2.1.2.17.4 Soporte de pared y longitud de la herramienta de contacto Los conjuntos de fondo deben tener adecuado contacto en la pared del pozo para estabilizar el trépano y centrar los porta mechas.

Guido Arce Montaño

Página 53

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

La longitud de contacto necesaria entre la herramienta y la pared del pozo sería determinada por la formación: la superficie de contacto debe ser suficiente como para evitar que la herramienta de estabilización se quedaría a la deriva, si la formación es fuerte, dura y uniforme; una superficie de contacto corta y angosta es adecuada y asegurará una apropiada estabilización. Si la formación es blanda y no consolidada, puede ser necesario un estabilizador de aletas largas. El ensanchamiento del pozo en formaciones que se erosionan rápidamente tiende a reducir el alineamiento efectivo del conjunto de fondo. Este problema puede ser reducido controlando la velocidad anular las propiedades del fluido de Perforación. 2.1.2.18 Tendencia natural de las formaciones 1. Formaciones duras a medianamente duras a) abrasivas b) No abrasivas 2. Formaciones medianamente duras a blandas 2.1.2.18.1 Zonas de pozo de mediana desviación Para estos el conjunto de fondo empacado es parecido al anterior pero con el agregado de una segunda herramienta de estabilización en la zona 1. Proporcionarán o suministrarán aumento de la estabilización del trépano y añaden rigidez para limitar los cambios de ángulo causados por las fuerzas laterales. 2.1.2.18.2 Zonas de pozos de severa desviación En zonas donde los pozos se desvían severamente se instalan tres herramientas de estabilización en la zona 1 para así lograr máxima rapidez y contacto con la pared del pozo para guiar al trépano. El pozo de 8 1/2 y de menor diámetro se recomienda usar un porta mecha corto de gran diámetro entre las zonas 2 y 3. De esa manera se aumentará la rigidez porque se reduce la flexión de todo el conjunto y así permitirá que la Guido Arce Montaño

Página 54

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

herramientas de las zonas 1 y 2 funcionen sin desgaste excesivo por empujes o cargas laterales provenientes del exceso de flexión, como regla general para las tres condiciones de desviación es que la longitud en pies de un porta mecha corto es aproximadamente igual al diámetro del pozo en pulgadas expresado en pies, más o menos dos pies. 2.1.2.18.3 Incremento angular en formaciones duras Al levantar el ángulo con uno de los arreglos de incremento angular, los regímenes de incremento deben mantenerse por debajo de 2º/100 pies. Lo óptimo está entre 1/2º y 1 1/4º por cada 100 pies ¿qué arreglo de incremento angular da buenos resultados, el simple o el múltiple? La respuesta está relacionada con el problema de desgaste de calibre. Si este desgaste es considerable debe usarse un arreglo múltiple. En ambos casos la primera herramienta sobre el trépano es un estabilizador y la segunda puede ser escariador de pared. Una vez que se ha iniciado la curvatura en una formación dura, ésta persistirá hasta que se imponga un nuevo cambio al sistema. El cambio más importante proviene de la variación en el arreglo de fondo. La variación del peso sobre el trépano, la velocidad de rotación, hidráulica y otras variables, el régimen de penetración tiene una mínima influencia en la trayectoria. Un aspecto particular del aumento de ángulo en formaciones duras se refiere a que existe una curvatura máxima que puede alcanzarse en la práctica para cualquier sistema dado. Es una mala práctica el planear alcanzar la máxima curvatura y no conseguirla. Esto en la perforación de formaciones duras es un preludio de problemas y de costos excesivos. 2.1.2.18.4 Perforación del tramo de ángulo máxima La zona de mantenimiento de ángulo constituye generalmente el tramo de mayor longitud a perforarse. Ciertos arreglos del tipo multi estabilizador se utilizan para el efecto. La base del diseño es agrupar los estabilizadores de manera de obtener una pequeña fuerza lateral en el trépano normalmente menos de 200 libras.

Guido Arce Montaño

Página 55

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

La ventaja es que el peso óptimo sobre el trépano puede utilizarse sin el temor de causar un mayor cambio de trayectoria la desventaja consiste en cuando quiere alterar la trayectoria, el incremento o la reducción del peso sobre el trépano produce un efecto mínimo. El arreglo básico de tres estabilizadores retiene una leve fuerza lateral, que decrece a medida que aumenta la inclinación. El añadido del quinto estabilizador produce una variación leve, llevando la fuerza lateral por debajo de las 60 - 80 libras. Una buena regla para recordar es la de correr el arreglo más simple que sea posible y únicamente adicionar estabilizadores en los casos que se tenga una tendencia al pegamiento por presión diferencial. Lo arreglos de mantenimiento de ángulo son sensibles a la inclinación del pozo. La pérdida de calibre del segundo estabilizador puede dar lugar a que el trépano inicie el aumento de ángulo, en el caso de un pozo vertical profundo, por lo cual debe prestarse especial atención a esta posibilidad. La pérdida de calibre del estabilizador de fondo o ambos, estabilizador de fondo y segundo estabilizador puede dar lugar al inicio de una tendencia a disminuir el ángulo de inclinación. A veces los estabilizadores fuera de calibre se incluyen a propósito en el arreglo de mantenimiento de ángulo a fin de lograr cierta fuerza lateral que contrarreste fuerte efecto de formación o la variación precedente en la curvatura del peso. 2.1.3ARREGLO DE FONDO DE POZO (BHA) Todas las Herramientas ubicadas entre el trépano y el Drill Pipe, forman parte del arreglo de fondo o BHA. El propósito de un BHA es múltiple7: -

Prevenir patas de perro.

7 MITCHELL, Bill: Oil Well Drilling Engineering, USA, 1993, Pág. 427-429.

Guido Arce Montaño

Página 56

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

-

Producir un pozo de tamaño máximo utilizable.

-

Mejorar el desempeño del trépano.

-

Minimizar los problemas de la perforación.

-

Minimizar vibraciones dañinas

-

Minimizar el peligro de aprisionamiento diferencial.

Existen diferentes tipos de BHA: - Slick: Compuesto solo con Drill Collar Es el menos caro. - Pendular: Diseñado para construir pozos verticales y permitir la caída en la inclinación del pozo. - Empacado: Diseñado para pozos verticales, reduce la severidad de dog legs y ojos de llave. Asegura la bajada de la cañería. Es un arreglo caro. - Direccional: Diseñado para mantener una dirección o inclinación, también puede hacer que ambas cambien. Se basa en el principio de las palancas. - De Pesca, Terminación y Prueba: Están diseñados con herramientas específicas de esas áreas. 2.1.3.1Sartas de perforación La sarta de perforación es una parte importante en el proceso de perforación rotatorio, su diseño y selección requieren de un análisis cuidadoso para la obtención de resultados satisfactorios. Dentro de los objetivos más importantes de una sarta de perforación se incluyen:  Transmitir el movimiento rotatorio a la barrena.

Guido Arce Montaño

Página 57

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

 Servir de conducto de circulación.  Dar peso a la barrena.  Sacar y meter la barrena.  Efectuar pruebas de formación.  Colocar tapones de cemento.  Cementar las tuberías de revestimiento. 2.1.3.2 Diseño de las Sartas de Perforación En el proceso de perforación de un pozo, la sarta de perforación es el componente del equipo que más se somete a esfuerzos (tensión, compresión, presión interna y externa, doblez, fatiga, torsión, abrasión y corrosión). La acción independiente o combinada de dichos esfuerzos puede causar los siguientes problemas durante la perforación: 8  Desprendimiento  Colapsamiento  Fugas de presión (roturas ) El principio fundamental que debe respetarse al diseñar una sarta de perforación es que los esfuerzos a que se someten sus componentes tubulares deben ser siempre inferiores a las resistencias de dichos componentes, sin deformarse permanentemente o alcanzar su límite elástico. Cuando se rebasa el límite elástico el componente tubular sufre una deformación permanente y por lo tanto una reducción en su resistencia.

8Tema IV Elementos de la Perforación, Prof. Ing. Luis Soto Pineda

Guido Arce Montaño

Página 58

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

2.1.3.3 Trépano9 Es la herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la sarta de perforación, utilizada para cortar o triturar la formación durante el proceso de la perforación. Su función es perforar los estratos de la roca mediante el vencimiento de su esfuerzo de compresión y de la rotación de la barrena. El cuerpo de un trepano tricónico consiste en: a).-Una conexión roscada (piñón) que une la barrena con una doble caja del mismo diámetro de los lastrabarrenas. b).-Tres ejes (muñón) del cojinete en donde van montados los conos. c).- Tres conos. d).-Los depósitos que contienen el lubricante para los cojines. e).- Los orificios (toberas) a través de los cuales el fluido de perforación fluye para limpiar del fondo el recorte que perfora la barrena. 2.1.3.3.1 Tipos y Selección de Trépanos Existen 2 tipos de trépanos: -De rodillos cónicos. -De fresa fija.

Figura 21 tipos de trépanos

9 Well Cap nivel II, Curso de Capacitacion, página 271

Guido Arce Montaño

Página 59

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

La selección correcta del Trépano es un factor muy importante en el planeamiento y en la ejecución de un plan de perforación. Se deberá tener en cuenta los siguientes factores: - Costo del Trépano. - Tipo de Formación a Perforar. - Resistencia a la compresión de las rocas (UCS) - Sistema de Lodos en uso. 2.1.3.3.2 Trépanos de Rodillos Cónicos Constan de tres dispositivos en forma de conos con dientes, al girar el trépano los conos y los dientes giran para perforar en línea recta. Su cuerpo consiste en una conexión de rosca con la cual se sujeta el trépano de la tubería, los conos están montados sobre unos cojinetes, lubricante para estos cojinetes y los sitios por donde pasa de manera continua el lodo con el propósito de limpiar el fondo del hueco de los recortes producidos por la perforación. Existen de 2 tipos: -

Trépanos de Dientes de Acero.

-

Trépanos de Insertos de Carburo de Tungsteno.

2.1.3.3.3 Dientes de Acero El fabricante forja los dientes fuera del acero que forma el cono, están hechos para

Guido Arce Montaño

Página 60

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

perforar formaciones blandas, medias y duras

Figura: 22 trépanos de dientes de acero 2.1.3.3.4Insertos de Carburo de Tungsteno El fabricante inserta botones de Carburo de Tungsteno resistentes en orificios de los conos del trépano, dura mucho tiempo porque es más resistente al desgaste. Estos trépanos perforan formaciones medias y extremadamente duras. Perforan mejor con mucho peso y velocidad de rotación moderada.

Figura: 23 trépanos de carburo de tungsteno 2.1.3.3.5 Trépanos de fresa fija Tienen sus fresas empotradas a la cabeza del trépano, las cuales se mueven solo cuando

Guido Arce Montaño

Página 61

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

la broca gira y no tiene partes movibles. Existen de 2 tipos: con dientes de micro partículas poli cristalinas de diamante compactado (PDC) y de diamantes. 2.1.3.3.6 Trépanos con cortadores Compactos de Diamantes Poli cristalinos (PDC) Tiene fresas o cortadores de cristales de diamantes y carburo de tungsteno, se los pone en la cabeza del trépano, es muy resistente al deterioro. Perforan formaciones ligeras, medias o duras.

Figura: 24

PDC

2.1.3.3.7. Trépanos de diamante Tiene diamantes artificiales que son los cortadores de las rocas. Durante la perforación rompe la roca comprimiéndola y pulverizándola. El diamante desgasta la roca. Tiene una extensa duración, efectiva penetración y perforan casi cualquier material. 2.1.3.4 Estabilizadores de sarta Son Segmentos de tubería con hojas o aletas puestas en cara externa. Estas hojas pueden ser lineales o espirales, dependiendo el diseño. Estabilizan el trepano y los porta mechas ayudando a los trépanos a rendir mejor mediante la ayuda a dichas barrenas a deslizarse por el fondo del pozo en forma más plana.

Guido Arce Montaño

Página 62

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Los estabilizadores son usados para:    

Control de la desviación del pozo Reduce el riesgo de atascamiento por presión diferencial Reduce la severidad de las patas de perro y evita la formación de ojos de llave. Prevenir pegamientos contra la pared del pozo.

Figura 25 Estabilizadores de sarta 2.1.3.4.1 Tipos de Estabilizadores: -

Hoja Rotativa: La hoja puede ser corta o larga y pueden ser espira ladas o derechas. Estos tienen una buena capacidad para repasar el pozo.

-

Estabilizadores de mangas rotarlas: Dan mayor seguridad para prevenir aprisionamientos por presión diferencial. Es efectivo en formaciones duras. La manga permanece estacionaria mientras los Drill Collar están rotando. No tiene capacidad para repasar las paredes del pozo. Sus componentes de goma no se los puede usar con más de 250* F.

-

Reamen: Utilizados en formaciones duras donde el contacto con la formación es reducido y por ello su capacidad de estabilización es mínima.

2.1.3.5 Porta mechas (Drill Collar) Al perforar se requiere de altos pesos sobre el trépano y asegurar que la tubería de

Guido Arce Montaño

Página 63

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Perforación permanezca en tensión, para esto se utilizan las portas mechas. Al mantenerse el tubo de perforación en tensión el Pandeo y el desgaste se minimiza. Por su diseño el cuerpo de los porta mechas es más fuerte que las conexiones, por lo tanto el daño se produce en las conexiones, por lo que se recomienda valores de torque óptimos a la hora de ajustar las conexiones.10

Figura: 26 Porta Mechas (Drill collar) 2.1.3.6 Barra Pesada ( Heavy Weight) Es un componente intermedio de la sarta. Es una tubería de perforación de paredes muy gruesas y juntas extra largas. Tiene las mismas dimensiones de una tubería de perforación normal, pero son más pesadas. Además son menos rígidas que la porta mechas y tienen menor contacto con las paredes del pozo

Figura 26 heavy weight 10 MITCHELL. Bill: Op. ctt. Pag. 63.

Guido Arce Montaño

Página 64

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

2.1.3.7. Tubería de perforación (Drill pipe)11 La sarta de Perforación es la unión mecánica de la mecha de perforación en el fondo con el sistema de rotación en la superficie. Es un importante miembro del BHA, mediante el cual se provee rotación al trépano y al mismo tiempo se circula lodo a altas presiones. Esta se halla sometida a una combinación compleja de fuerzas. Es el miembro más débil de la columna Perforadora. Sus funciones principales son:  Pandearse bajo condiciones de alta Tensión.  Rotar a altas RPM.  Circular Fluidos a alta Presión.  Trasmitir rotación al trépano de perforación.  Ejerce un peso sobre el trépano.  Guía y controla la trayectoria del trépano. 2.1.3.8 Amortiguador12 (Shock Sub) Mientras se perfora la parte superior del pozo emite las vibraciones hacia la superficie, se hace la necesidad de usar un amortiguador de vibraciones, el cual absorbe el impacto de las cargas y vibraciones del movimiento de sube y baja del top drive. El amortiguador debe absorber los shocks y proteger la sarta de perforación y el trépano, permitiendo una perforación normal sin estar sujeto al daño producido por el rebote y la vibración producida por el trépano.

11 12

MITCHELL. Bill: Op. cit. Pág. 204.

U. A.G.R.M.: Herramientas Utilizadas en la Perforación, ing. Petrolera

Guido Arce Montaño

Página 65

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

2.1.3.9 Tijera de perforación 13 Esta herramienta se coloca en el BHA para ser utilizada solamente en caso de pegamiento de la tubería. Sus principales características son: -

Permanecen en el pozo durante un largo periodo de perforación continua, aún en condiciones difíciles.

-

Se encuentran en diferentes diámetros.

-

Se ajustan a la superficie del pozo.

-

Pueden golpear hacia arriba o hacia abajo.

-

Su calibración se puede modificar.

-

Tienen una unión flexible que actúa como una junta limitada para minimizar los esfuerzos de punto del mandril.

Figura: 27 Tijera Hidráulica 2.1.3.9.1 Principio de operación14 La secuencia de trabajo de la tijera de perforación es la siguiente: -

Se levanta la Sarta.

13 MITCHELL, Bill: Op. cit Pág. 114. 14 . SKEEM. MR.: Drillstring Dynamics during Jar Operation, Canadá, 1979 Pag 1381

Guido Arce Montaño

Página 66

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

-

Se Carga la tijera: El aceite Hidráulico fluye por el pistón.

-

Aplicando Sobre tensión: El aceite atrapado detiene el movimiento ascendente del mandril. El flujo medido mejora el enganche.

-

Se dispara el martillo: El Aceité Hidráulico fluye por el pistón.

-

La masa del BHA se acelera por gravedad. Se da el impacto

2.1.3.9.2 Componentes Sus componentes básicos son; - Mandril Interno. - Mandril externo. - Ranura guía. - Mecanismo de enganche. - Sello inferior. -

Tubería de lavado

Figura: 28 Componentes de la Tijera Hidráulica

Guido Arce Montaño

Página 67

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

2.1.4 POWER PULSE (MWD) El (MWD) es una herramienta que nos permite la toma de datos de registro direccional en tiempo real mientras se está perforando. Por lo tanto no es necesario realizar viajes de la tubería para tomar estos registros resultando en un ahorro de tiempo y optimización de las operaciones relacionadas con la transmisión de información a la superficie durante la perforación ,Esta herramienta Envían datos de elevamientos por telemetría de pulsos del lodo: las mediciones son transmitidas como pulsos de presión en el fluido de perforación y decodificadas en la superficie mientras se avanza con la perforación .También transmite datos acerca de orientación de la herramienta de perforación15. El MWD es útil para la evolución de las formaciones mientras se está perforando, en la cual se utiliza una tubería de perforación como elemento de desplazamiento, los datos son obtenidos a través del fluido de perforación y no por cable como en los registros convencionales

el sistema proporciona una medida exacta de los datos tomados

mediante los sensores, y trasmite a superficie a través del pulso de lodo al sistema de telemetría, esta herramienta nos da las lecturas oportunas en condiciones críticas de formación tales como: sobre presiones e información básica de los parámetros de yacimientos que tradicionalmente obtenemos mediante la toma de los registros con línea de acero , necesarias para la toma de decisiones y mejor control de pozo La parte medular del sistema LWD es la unidad de pulsación en el cual permite la transmisión de los datos del fondo de pozo mediante un código de secuencia de pulso en el lodo. Estos pulsos de presión negativa son generados por un activador que abre y cierra una válvula para descargar la presión en una pequeña cantidad de fluido de perforación en el espacio anular causando a la vez una caída de presión de 100-300 psi.

15 Curso de capacitación Operación nivel II, Disertante Ing. Hernán Ramos Jiménez), Pemex, página

Guido Arce Montaño

Página 68

341

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Los Sistemas MWD pueden tomar varias medidas, tales como Gamma Ray, dirección de la brújula (que se muestra como acimut), la cara de la herramienta (la dirección que tu granito de arena que apunta), la presión del pozo, la temperatura, vibraciones, golpes de par, etc. Algunas de las herramientas MWD avanzados pueden incluso medir la presión de formación y tomar muestras de la formación. Los resultados medidos se almacenan en las herramientas MWD y algunos de los resultados pueden ser transmitidos digitalmente a la superficie mediante telemetría de lodo emisor a través del barro u otras tecnologías avanzadas, tales como las comunicaciones electromagnéticas de frecuencia (EM) o tubo de cable de perforación. Las herramientas MWD en general son capaces de tomar las encuestas de dirección en tiempo real. La herramienta utiliza los acelerómetros y magnetómetros para medir la inclinación y el azimut del pozo en ese lugar, y luego transmitir esa información a la superficie. Con una serie de encuestas a intervalos adecuados (entre todos los de 30 pies (10m por ejemplo) a cada 500 pies), la ubicación del pozo se puede calcular. Por sí misma, esta información permite a los operadores a demostrar que su bien no atraviesa en áreas que no están autorizados para perforar. Sin embargo, debido al costo de los sistemas MWD, que no se utilizan generalmente en los pozos destinados a ser vertical. En cambio, los pozos son entrevistados después de la perforación a través del uso de herramientas de multidisparo Topografía bajado a la sarta de perforación en línea de acero o de cable. El uso principal de levantamientos en tiempo real se encuentra en perforación direccional. Para el perforador direccional para dirigir el pozo hacia una zona de destino, debe saber dónde está el bien que está pasando, y cuáles son los efectos de los esfuerzos de su gobierno. Las herramientas MWD también pueden proporcionar información sobre las condiciones de la broca. Esto puede incluir: Guido Arce Montaño

Página 69

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”



Velocidad de rotación de la sarta de perforación



Suavidad de la rotación



Tipo y la gravedad de cualquier vibración de fondo de pozo



El fondo del pozo la temperatura



Par y peso sobre la broca, medidos cerca de la broca



Volumen de flujo de lodo

El uso de esta información puede permitir que el operador para perforar el pozo de manera más eficiente, y para asegurar que la herramienta MWD y herramientas de fondo de pozo, tales como motores de lodo, sistemas rotativos direccionales, y LWD herramientas, sean aplicados dentro de sus especificaciones técnicas para evitar que la herramienta fracaso. Esta información también es valiosa para los geólogos responsables de la información y sobre la formación que está siendo perforado.

Inclinación

Alerta de nivel de

Medidas

aceite

vibraciones Axiales Laterales y

Guido Arce Montaño

Página 70

de

Temperatura de fondo de pozo

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Azimut durante la

RPM de las turbinas

Perforación

Peso

sobre

el

trépano y Torque

Golpes transversales

Inclinación durante la Perforación Estado del LWD Tabla .1: Mediciones que se obtienen del Power Pulse 2.1.4.1 Arreglo del Modulador (MMA) El modulador consiste de un rotor y un estator que se encuentran ubicados en la parte superior de la herramienta. El lodo bombeado a través de la herramienta fluye a través del estator, esta área de flujo puede ser alterada dependiendo de la distancia del rotor. El modulador permite al Power Pulse transmitir la información obtenida de las medidas hechas en el fondo hasta la superficie en forma de pulsos de lodo. Las medidas de fondo son convertidas en señales digitales y luego en pulsos de presión. Esto se hace a través de la telemetría de las ondas continuas, creadas por el rotor del modulador restringiendo el flujo del lodo cíclicamente. 2.1.4.2 Arreglo Electrónico (MEA) La cápsula electrónica del Power Pulse conocido como MEA, tiene la finalidad de procesar las seriales recolectadas por el Navigational sub. del Power Pulse. El arreglo electrónico puede contener los siguientes componentes:  MEC; arreglo electrónico.  MDI; arreglo de Dirección e Inclinación.  MGR/MGD; arreglo de Gamma Ray/ Gamma Ray Dummy. Guido Arce Montaño

Página 71

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

 MEH; camisa electrónica.  MVC; arreglo de vibración modular 2.1.4.3 Arreglo de la Turbina (MTA) La turbina está localizada en la parte inferior del MTA y conducida por el lodo bombeado a través de la herramienta. Esta crea el movimiento necesario para que el alternador genere electricidad. Existen varios ajustes entre el rotor y el estator de la turbina dependiendo del rango de flujo en el que se correrá la herramienta. Si el caudal de flujo se incrementa, las aspas del rotor tendrán ángulos suaves de flujo para mantener RPM similares, para los obtenidos con rangos de flujo más bajos. Este método de generación de poder ofrece mayor poder y más horas de operación que las baterías, pero solo provee energía cuando el lodo está circulando. 2.1.4.4 Telemetría El propósito de la señal del MWD es transmitir los datos, desde el fondo del pozo hasta la superficie, para su respectivo proceso. En esta sección analizaremos la señal y el flujo de información, más detalladamente, como es esta generada, codificada con los datos y decodificada en superficie. La telemetría es el proceso de transmitir información desde un lugar hacia otro. En el caso de la señal del MWD, la transmisión es desde la herramienta MWD (casi en el fondo del pozo) hasta un computador en superficie El proceso de telemetría del MWD consta de los siguientes pasos: -Telemetría delCanal - Sistema de Transmisión - Fuente de alimentación Guido Arce Montaño

Página 72

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

- Sensores MWD - Sistemas de superficie 2.1.4.5 Telemetría canal Los canales de telemetría son los canales o medio a través del cual se transmiten los datos de fondo de pozo a la superficie. Los siguientes son los canales de transmisión utilizados para la transmisión de datos: - Método de alambre duro - Método electromagnético - Método Acústico - La telemetría de pulso de lodo La mayoría de los sistemas MWD se basan en alguna forma de telemetría de pulso de lodo, los componentes de fondo de pozo están alojados en un collar de perforación no magnética (NMDC). Los principales componentes son los siguientes: 

Una fuente de energía para operar la herramienta:



Sensores para medir la información requerida;



Un transmisor para enviar los datos a la superficie en forma de un código;



Un sistema de microprocesador o de control para coordinar las diversas funciones de la herramienta: se pone en marcha los sensores, almacena la información que se ha medido y se activa el transmisor para enviar los datos en forma de un mensaje codificado.

El equipo de superficie se compone de:

Guido Arce Montaño

Página 73

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”



Un transductor de presión tubo vertical para detectar variaciones de presión y convertir estos en señales eléctricas;



Un dispositivo electrónico de filtrado para reducir o eliminar cualquier interferencia de las bombas de perforación o de motores de fondo que también pueden causar las variaciones de presión;



Un equipo de superficie para interpretar los resultados



Una plataforma de piso de pantalla para comunicar los resultados a que el perforador, o conspirar para producir dispositivos de registros continuos

2.1.4.6 Sistema de transmisión El sistema de transmisión que se centrará en la transmisión a través de fluidos de perforación, es decir, la telemetría de pulso de lodo. La telemetría de pulso de lodo pueden clasificarse en: 

Lodo positivo de telemetría de pulso



Lodo negativo de telemetría de pulso



Telemetría de onda continua

2.1.4.7 Lodo positivo de telemetría de pulso Telemetría de pulso positivo de barro (MPT) utiliza una válvula de asiento hidráulico para restringir momentáneamente el flujo de lodo a través de un orificio en la herramienta para generar un aumento de la presión en forma de un pulso positivo o una onda de presión que viaja de nuevo a la superficie y se detecta en el tubo vertical. Para transmitir datos a la superficie, esta válvula es operada varias veces, creando una serie de pulsos que son detectados por el transductor, y decodificada por el equipo de Guido Arce Montaño

Página 74

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

superficie. El equipo de superficie reconoce inicialmente una serie de pulsos de referencia, que son seguidos por los impulsos de los datos. El mensaje es decodificado para detectar la presencia o ausencia de pulso dentro de un determinado marco temporal. Este código binario, se puede traducir en un resultado decimal. Un registrador gráfico se utiliza para controlar la secuencia de pulsos.

Figura: 29 lodo positivo de telemetría de pulso 2.1.4.8 Lodo negativo de pulso de telemetría El MPT negativo utiliza una válvula de control de ventilación de barro por un momento desde el interior de la herramienta en el anillo. este proceso genera una disminución de la presión en forma de un pulso negativo o una onda de presión que viaja de nuevo a la superficie y se detecta en el tubo vertical , la rápida apertura y cierre de esta válvula por lo tanto , crea una caída en el tubo vertical que puede ser detectada por en transductor de presión .

Guido Arce Montaño

Página 75

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Figura: 30 lodos negativos de pulso de telemetria 2.1.4.9 Telemetria de onda continua Telemetría de onda continua utiliza una válvula rotativa o "sirena de barro", con un rotor y un estator ranurado que restringe el flujo de lodo, de tal manera que para generar una onda de modulación de presión positiva que llega a la superficie y se detecta en el tubo vertical Uno de los discos está parado mientras que el otro es accionado por un motor. La velocidad constante del motor crea una variación regular y continua de la presión que es esencialmente una onda estacionaria. Esta onda se utiliza como soporte para transmitir los datos a la superficie. Cuando la información se debe transmitir la velocidad del motor se reduce de modo que la fase de la onda portadora se ve alterada. El equipo de superficie detecta estos cambios de fase en la señal de presión y esto se traduce en un código binario. Se trata de un sistema de telemetría más sofisticado y ofrece una velocidad de datos superior a los dos métodos anteriores.

Guido Arce Montaño

Página 76

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Figura: 31 telemetría de onda continua 2.1.4.10Conversión de la Información Antes de enviar la información hacia la superficie, las herramientas MWD y LWD convierten cada medida registrada en el fondo en una palabra binaria. Una palabra binaria es una serie de dígitos binarios (bits) representando cada una un punto de información (medida). Una palabra puede variar en tamaño desde 2 hasta 16 bits. Luego, la herramienta MWD combina las palabras y las convierte en estructuras. Una estructura es una colección ordenada de palabras. Generalmente, estas estructuras están compuestas de 10 a 25 palabras. 2.1.4.11 Generación de la señal Durante la perforación, lodo es bombeado hacia abajo a través de la tubería de perforación, a través de la herramienta MWD y hacia fuera a través del trépano. Para enviar la información obtenida hacia la superficie, la herramienta MWD genera una señal mediante pulsos de presión en el lodo. La herramienta codifica la información en el sistema binario dentro de la señal. Los pulsos de la señal del MWD se propagan hacia arriba, a través de la columna de lodo que hay dentro de la tubería de perforación. 2.1.4.12 Sensor de Recepción de la señal en superficie En la superficie, sensores detectan los pulsos de lodo y los convierten en señales eléctricas. Entonces, la señal es enviada a un computador en superficie, donde la información es decodificada y procesada. La pantalla instalada en el piso de la torre, donde se muestran los resultados de la de dirección (azimut, la herramienta de la cara, la Guido Arce Montaño

Página 77

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

inclinación) para la comodidad del perforador direccional. El piso de la torre la unidad de visualización se alimenta a través del poder de perforación. Por lo general, requiere ya sea 120V o 240V de suministro de energía.

Figura: 32 sensor de señal en superficie 2.1.4.13 Decodificación de la señal La decodificación de la señal consiste en dos procesos: recibir y decodificar la estructura de palabras. El computador de superficie recibe la información binaria desde la señal. El receptor envía la esta información hacia un decodificador de estructuras. El decodificador de estructuras extrae las palabras de información, de cada estructura. Estas palabras son almacenadas en una base de datos. El software del sistema de superficie usa la base de datos para generar la información de salida, por ejemplo, registros y coordenadas del agujero 2.1.4.14 Recepción El software de decodificación en la computadora de superficie, recibe la serial del MWD. Cuando la información es recibida, el software recupera los dígitos binarios (0 y 1) desde la onda de presión, que fueron generados por la herramienta. Al empezar la

Guido Arce Montaño

Página 78

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

transmisión de los datos, el MWD envía un precursor, el cual es un pequeño golpe que ayuda al receptor a ponerse en sincronía con la señal telemétrica

2.1.5 DISEÑO DE BHA 2.1.5.1 Introducción En el diseño del BHA es muy importante tener en cuenta los esfuerzos actuantes en diferentes operaciones de perforación y también las limitaciones que tienen los componentes del arreglo de Perforación de acuerdo a las normas API 2.1.5.2 Perfil del Pozo16 Es el conjunto de variables que se tienen que tener en cuenta antes de diseñar una Sarta de Perforación. Son: -

Profundidad máxima estimada de la sección.

-

Sección cubierta con revestimiento. Diámetro del pozo.

-

Propiedades del lodo.

-

Margen para tensionar del arreglo (MOP) = 50000-1 00000 lbs.

-

Factores de seguridad = Tensión 1.1, Torsión 1, Colapso 1.1-1.15, Reventamiento 11 y peso excedente del BHA 1.15.

-

Longitud, diámetro y peso de los Drill Collar disponibles.

-

Grado tamaño y peso de los Drill Pipes disponibles.

16 MITCHELL, Bill: Op. Cit. Pág. 427-464

Guido Arce Montaño

Página 79

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

2.1.5.3 Factores que afectan el desempeño de un BHA Mayormente lo que afecta es la rugosidad del pozo, pero también existen otros factores: -

La inclinación de la Formación.

-

El Torque al perforar.

-

Arrastre durante los viajes.

-

El uso de estabilizadores con cortadores.

-

El OD de los Drill Collars con respecto al pozo.

-

El espesor del revoque del lodo.

2.1.5.4 Propiedades Mecánicas de un BHA -

Área Transversal “A”, (puIg2):

A

 2 2  OD  ID   4 (Ec.1)

Guido Arce Montaño

Página 80

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

-

Peso en el Aire “Ws”, (lbs):





Ws  2.67  OD 2  ID 2  L -

(Ec.2)

Peso Sumergido “BW’, (lbs):





 

BW  Ws  0.0408  Mw  OD 2  ID 2  L -

(Ec.3)

Momento de Inércia “I”, (pulg4):



  OD 4  ID 4 64

I

 (Ec.4)

-

Momento de Inércia Polar “J”, (puig4):

J



  OD 4  ID 4 32

 (Ec.5)

-

Densidad del Acero: 0.2832 (lbs/pulg3)

-

Módulo de Elasticidad del Acero “E”: 30 x 106 (lbs/pulg2)

-

Módulo de corte del Acero: 12 xl O 6”G” (lbs/pulg2)

2.1.6 .DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACION 17 2.1.6.1 Porta mechas (Drill Collar) 2.1.6.1.1 Selección de una Porta Mechas

17 MOORE, Andre: Drilling Design, USA, 1998. Pág. 1-23

Guido Arce Montaño

Página 81

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Es el principal componente de un BHA. Algunas de sus funciones son: -

Dar peso al trépano.

-

Proveer la resistencia necesaria para soportar la compresión.

-

Minimizar los problemas de estabilización del trépano ocasionados por saltos, vibraciones y tambaleo.

-

-Minimizar los problemas en el control direccional dando rigidez al BHA.

2.1.6.1.2 Criterio del tamaño del Porta Mechas (Drill Collar) Está basado en el Diámetro efectivo del pozo. Tiene que ser menor al diámetro efectivo del pozo. Las partes salientes de la pared del pozo reducen el diámetro del pozo. El diámetro efectivo del pozo es la suma de la mitad del diámetro del trépano y la mitad del diámetro del drill collar.

dbit dDC    pu lg  2 2 DCrequerid o  2  Defectivo  dbit   pu lg  Defectiv 

(Ec.6)

Diametrominimo delagujero efectivo=

Tamaño deltrepano + Diametro del Porta mechas 2

(Ec.7)

También se selecciona el tamaño del Porta Mechas basándose en los esfuerzos. Los componentes del BHA están sujetos a esfuerzos de tensión y compresión, lo que puede inducir a fallas por fatiga cuando se concentran estos esfuerzos principalmente en cambios

de

Guido Arce Montaño

diámetros

y

Página 82

en

las

conexiones.

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

La resistencia de un componente del BHA a doblarse, depende de su módulo de sección, el cual matemáticamente se define



 OD 4  ID 4 Z 32  OD



(Ec.8)

Donde: -

Z = Módulo de sección (pulg3)

-

OD = Diámetro externo (pulg)

-

ID = Diámetro interno (pulg) Generalmente el cambio en la resistencia al doblamiento de un cuerpo es

expresado en términos de relación de resistencias al doblamiento (BRR) Debería estar por debajo de 5,5. Que se puede calcular: BRR 

 

Z1 OD2  OD14  ID14  Z 2 OD1  OD24  ID24

 

Figura. 33 . Cambio de Diámetro 2.1.6.1.3Conexión de un Porta Mechas (Drill Collar) Guido Arce Montaño

Página 83

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

El I3RR de la conexión de un Drill Collar es definido como la sección de modulo del Box (medido 4” desde el final) dividido por el módulo de sección del Pm (medido 3” desde el final). El ID y el OD del Box y el Pm son determinados por el tipo de conexión. Por consiguiente solo necesitan ser medidos el ID del Box y el ID del Pm. La experiencia ha demostrado que un BRR de 2.5 resulta en conexiones balanceadas. Tabla 2: Condiciones para las conexiones de Drill collar

Condiciones

Rango Aceptable de BRR

DCs< 6” OD

2,75-2,25

Altas RPM con DCs FHWDP. Entonces WOB = WOBDC + FHWDP.

-

Sí WOBHWP + FdP Vis

Flujo Laminar

VCisVea

Flujo Laminar

VCea3”)



Diámetros de Perforación 8 ½”



Aprisionamiento por pega



Inestabilidad del pozo debido a

diferencial (hinchamiento de arcillas).

Huamampampa: arenisca de muy baja porosidad 2%-3%,



Altos buzamiento,



Alta presión de formación,



Diámetros de Perforacion



Alto grado de aprisionamiento,

8 1/ 2 ,



Inestabilidad debido a prolongados

altamente fracturadas, Altos espesor, altas temperaturas.



fuerzas tectónicas.

tiempos de hueco abierto.

Formación altamente micro fracturadas y frágil



Desgastes prematuros de las herramientas

Figura.39: Columna estratigráfica del sub-andino sur Fuente: Libros de YPFB “Análisis del Subandino Sur -Exploración“

3.4 Problemas Potenciales: -Inestabilidad del pozo debido a fuerzas tectónicas, micro fracturas. -Desarrollo de esfuerzos de corte en las paredes del pozo

Guido Arce Montaño

Página 147

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

-Inestabilidad debido a los largos tiempo de hueco abierto -Lutitas dispersibles -Abrasividad -Aprisionamiento de impregnados 3.5 Operación de perforación La perforación en el Campo Sábalo se realiza con el propósito fundamental para producir gas y condensado de la formación los Monos y también para cumplir con los requerimientos de la Ley de Hidrocarburos, cual es la de perforar en la parcela 25L-05-02. El pozo está ubicado en el flanco oriental, próxima a la zona de culminación de la estructura y la ubicación del objetivo está en la zona de culminación de la estructura en el tope de la formación Huamampampa (H0 y H1) y flanco occidental para los reservorios H2, H3 y H4 Para éste propósito, una vez determinadas las coordenadas UTM, X = 410,014.80; Y= 7, 576,383.72 m; y Z= 1276.2 m, se construye la planchada, cuya ubicación geográfica es la República de Bolivia, Departamento de Tarija, Provincia Gran Chaco, en la culminación de la estructura de Sábalo del Subandino Sur.

3.6 Columna Estratigráfica

Guido Arce Montaño

Página 148

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Tramo 500 mts.

Devonico: Los Monos

Guido Arce Montaño

Página 149

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

DESCRIPCIÓN GEOLÓGICA TRAMO (3500M – 4000M)

3500m

Esp

Lutitas gris oscuro a negro, laminares a bituminosa con delgadas y pocos numerosas intercalaciones de arenisca y limolitas

LOS MONOS

=60 0m

500 m

ESP

HUAMAMPAMPA Arniscas cuarciticas .gris con intercalaciones de limolitas y arcillas gris oscuras

=975 m

4000 m

Fuente: Elaboración Propia

3.7 Datos del pozo REPUBLICA

BOLIVIA

DEPARTAMENTO

TARIJA

PROVINCIA

GRAN CHACO

Guido Arce Montaño

Página 150

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

CAMPO

SABALO

NOMBRE DEL POZO

SBL-8

TIPO DE POZO

DE DESARROLLO B-0

AREA DE CONTRATO

BLOQUE SAN ANTONIO

3.8 Especificaciones mecánicas y limites operativos Power drive Marca

:

Power drive X 675.

Diámetro Exterior

:

7.1/2"

Máxima presión de operación

:

20000 lpc

Esfuerzo máximo de torsion

:

20000 pie- lbf

Caudal mínimo – máximo

:

800 - 290 gal/min.

Velocidad de rotación

:

350 + rpm.

Máxima diferencial de P.

:

2000 lpc.

Torque máximo

:

20000pie – lbf

Rango de Potencia

:

67 - 206 HP

Eficiencia Máxima

:

95%

Rosca Conex. API hembra

:

6 5/8 -7 /5/8

Carga Max. tracción

:

22.680 Kg

Guido Arce Montaño

Página 151

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Longitud

:

31.17 Pies.

Peso máximo en el trepano

:

55000 lbf

Temperatura Max de operación

:

302 °F

Taza de flujo de operación Max

:

800 Gal/ min

Máximo contenido de arena

:

2%

FUENTE: WEATHERFORD

3.9 Secuencia de operaciones de trabajo 1. Se perforara con el sistema de rotación convencional, con trépano de 36” lodo base agua ρ lodo = 10 LPG, con un régimen de penetración de Q b =256 GPM con la herramienta Totco para controlar la verticalidad hasta 90 m. 2.

Sacar toda la sarta de herramienta y bajar cañería guía de 30” hasta los 90 mts.

3.

Bajar arreglo de cementación y Cementar con cemento clase A, hasta superficie y subir arreglo de cementación.

4. Continuar perforando con trepano de 20” y con arreglo convencional lodo base agua ρ lodo = 10 LPG, con un régimen de penetración de Q b =256 GPM con la herramienta Totco para controlar la verticalidad hasta y detectar la desviación hasta los 1500 5. Sacar herramienta y bajar cañería superficial de 17 ½ “ hasta los 1500 mts 6. Bajar arreglo de cementación y Cementar con cemento clase A, hasta superficie y subir arreglo de cementación. 7. Continuar perforando con trepano de 10 ½” y con arreglo convencional lodo base agua ρ lodo = 10 LPG, con un régimen de penetración de Q b =256 GPM con la herramienta Totco para controlar la verticalidad hasta y detectar la desviación Guido Arce Montaño

Página 152

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

con un peso sobre el trepano de 35000 lbs. y un punto neutro de 0.85 manteniendo un ángulo de desviación de 8 ° con sondeo de Dp1= 6 5/8 de diámetro grado “E” con un peso nominal de 27.7 Lb /pie clase Premium , sondeo Dp2 = 4 ½ ” grado “G” de peso nominal de 20 Lb/ pie hasta los 3500 mts de profundidad 8. Sacar herramienta y bajar cañería intermedia de 9 5/ 8 “ hasta los 3500 mts 9. Bajar arreglo de cementación, y cementar cañería de 9 5/8 , subir arreglo de cementación 10. Re perforar desde los 3500 mts con el arreglo de POWER DRIVE con ρ lodo = 11.5 LPG lodo base aceite EZ-OIL, que será alivianado con inyección de aire para disminuir las pérdidas de circulación que son frecuentes en las formaciones que contienen lutita, con un régimen de penetración de Qop= 299 GPM y una presión máxima de trabajo de 5400 psi con trepano de 8 1/2" PDC R40LF+ POWER DRIVE de 7 ½ ”Estabilizador de 7” 1 MWD de 6 ¼” + 4 piezas de porta mechas de 6 ¼”+ 1 tijera hidráulica de 6” y 5 7/8” 394 piezas de Dp1 de 5 ½” grado “E” clase Premium ,38 piezas Dp2 de 4” de grado “S” WT-40 clase Premium hasta la profundidad de 4000 mts . 11. Sacar toda la herramienta y bajar cañería de producción de 7” 12. Bajar arreglo de cementación y cementar , sacar arreglo de cementación. FUENTE: Dpto. de PETROBRAS, Ing. German Fernández Programación de operación del pozo SBL-8

3.10 DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACION PROPUESTA

Guido Arce Montaño

Página 153

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

FUENTE: Elaboración propia

3.10.1 Ejemplo de los cálculos con sistema convencional tramo 0 – 3500 mts . Parámetros de diseño: Guido Arce Montaño

Página 154

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Profundidad

:

0 – 3500 = 11.483 pies

Hueco

:

10 1⁄2”

Peso del lodo

:

10 LPG.

M.O.P.

:

50.000 lbs.

Peso sobre el trepano

:

35000 lbs.

Desviación

:

8°

Punto Neutro

:

0,85

Factor de Flotación (ff) La sarta de perforación y la tubería de revestimiento pierden peso cuando se introducen en el hoyo, debido al factor de flotación, el cual depende de la densidad o peso del fluido. En consecuencia, para calcular el peso de la sarta en el fluido, se multiplica su peso en el aire por el factor de flotación. ff =1−0,01527 × DL

Donde: DL = Densidad del Lodo Calculo del factor de flotación

FF= 1- 0.01527 x ρ lodo FF= 1- 0.01527x 10 LPG FF = 0.8473

Calcular la longitud necesaria de Porta Mechas para suplir los 35.000 lbs. Como peso sobre el trepano (W.O.B.) Guido Arce Montaño

Página 155

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

LPM =

W . O. B . (Ec .9) Cosd x Pn x F f x W PM

Donde: LPM

=

Longitud del Porta Mechas

W .O . B . =

Peso sobre la broca, libras

Cosd

=

Coseno del ángulo de desvió

Pn

=

Posición del punto neutral

W PM

=

lbs Peso de los Porta Mechas , pie

Ff

=

Flotabilidad del fluido de perforación

Calculo longitud del porta mechas Para calcular la longitud del Porta mechas es necesario cumplir la siguiente condición: Con cañería de 9 5/8” P- 110 D cupla 10.625 Condición:

OD PM

OD PM

≤

2 x D cupla – D bit

≤

2 x 10.625 – 10.5

≤

10.75

9 3/4 ≤

10.75

cumple la condición

Porta Mechas seleccionado de tabla es:

Guido Arce Montaño

Página 156

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

OD 9 3/8” ID 4” peso nominal (lb/ft) Calculo de la longitud de la porta mechas

LPM =

35.000 lbs lbs 0,990 x 0,85 x 0,843 x 211 pie

Nº piezas =

=233.754 pies

233.754 pies 30 pies

N ° =7.79 o redondeado a 8 Porta Mechas

Por lo tanto para obtener un W.O.B. de 35.000 lbs, bajo las condiciones indicadas, necesitamos 8 Porta mechas de 211

lbs pie .

. Esto representa 233.75 pies de Porta

mechas. Calculo de longitud del estabilizador

LEstab . =

35.000 lbs 0,990 x 0,85 x 0,843 x 270

Nº piezas =

lbs pie

=181.18 pie s

181.18 pies 30 pies

Guido Arce Montaño

Página 157

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

N ° =6.03 o redondeado a 6 Estabilizadores

Calculo de la longitud de la barra pesada o heavy Weight

Condición:

OD BP

≤

6 5/8

OD PM

≤ 9¾

cumple la condición

De tabla la barra pesada seleccionada es: OD 6 5/ 8” ID 5” Peso nominal de 73.4 lb/ft Calculo de longitud de la barra pesada

LBP . =

35.000 lbs lbs 0,990 x 0,85 x 0,843 x 73.4 pie

Nº piezas =

=668.775 pie s

668.775 pies 30 pies

N ° =22.29 o redondeado a 22 Barras Pesadas El segundo paso en el diseño, es la selección de los grados y peso de dril pipes o tuberías de perforación que utilizara. En este caso tenemos todos los grados y pesos que figuran en libro API. La sarta se diseña desde el fondo hacia arriba, seleccionando los grados inferiores, de menos peso y costo de ese lugar. A medida que completamos nuestro diseño

Guido Arce Montaño

Página 158

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

incrementaremos la calidad de las tuberías. Esto es para configurar la sarta de menor peso posible. Sección de Drill Pipes Nº 1 Diámetro

=

6 5/8”

Grado

=

E

Peso

=

Conexiones

=

Peso aprox.

=

27.7

lbs pie

6 5/8″ x 5″ XH 30.87

lbs pie

Clase Premium RT

= 422418 (tabla) resistencia a la tensión

Peso de la herramienta WHTA = (L xW nom) PM + (Lx Wnom) BP + (L x Wnom) Estb WHTA = (2.33.754 x 211) + (181.28 x 270) + (668.77 x73.40) WHTA = 147094.912 lbs Longitud de la tubería de perforación 1 LTP1=

( RT 1 x 0,9 )−MOP W DC x LC − W DP 1 x F f W DP 1

(Ec.11)

LTP1=

( 422418 x 0,9 )−50.000 147094.912 − 30.87 x 0,8473 30.87

Guido Arce Montaño

Página 159

(Ec.12)

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

LTP1=7858.2923 pies.

N° piezas 261.94

Nuestra intensión es diseñar una sarta de 11.483 pies. Que equivalen los 3500 mts Esta claro que necesitaremos por lo menos otra sección de tubería de calidad superior para lograr nuestro objetivo. El criterio, como en diseño de cañería debe ser el de seleccionar tuberías de grado superior en vez de aumentar el peso en la cañería. Tramo de Drill Pipes Nº 2 Diámetro

=

4,5”

Grado

=

G

Peso nom.

=

Peso aprox.

=

20

lbs pie

22

lbs pie

Clase Premium RT

= 452082 de (tabla) resistencia a la tensión

Antes de seguir con el diseño se debe calcular el peso de la sarta hasta este punto. Peso total de la sarta = WHTA +

LTP1

x W nom

=

147094.912

Peso total de la sarta = 147094.912 +7858.2923 x 27.70 Peso total de la sarta = 364769.61 lbs Basado en los datos disponibles se debe calcular la longitud máxima de la segunda sección de Drill Pipe. LDP 2=

( RT x 0,9 )−MOP Peso de laSarta − ( Ec 11.) W DP 2 x F f W DP 2

Guido Arce Montaño

Página 160

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

LDP 2=

( 452082 x 0,9 )−50.000 364769.61 − LDP 2=2554.53 pies . 22.0 x 0,79 22,00

Hasta este punto la composición de la sarta es la siguiente: Porta mechas

= 232.64 ft

Estabilizadores

= 181.18 ft

Barra Pesada

= 668.77 ft

Tubería de perforación 1

= 7858.29 ft

Tubería de perforación 2 = 2564.53 ft -------------------Total

11505.43 ft

= 3506.68 mts

Hasta este punto llegamos a los 3500 mts donde, re perforamos el Tapón de Cemento en formación, Los monos. Subir herramienta y continuar perforando hasta atravesar la formación los monos, bajar trépano 8 1/2" PDC R40LF + POWER DRIVE + arreglo semi dirigido y perforar hasta 4000 mts

3.11 DISEÑO DE SARTA DE PERFORACION CON POWER DRIVE PROPUESTO 3.11.1 Ejemplo de los cálculos. Parámetros de diseño: Profundidad

:

4000 m. = 13124 pies

Hueco

:

8 1⁄2”

Peso del lodo

:

11.5 LPG.

M.O.P.

:

70.000 lbs

Guido Arce Montaño

Página 161

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Peso sobre el trepano

:

7.000 lbs

Desviación

:

16°

Punto Neutro

:

0,85

Calcular la longitud necesaria del Drill Collars para suplir los 7.000 lbs como peso sobre el trepano (W.O.B.) LDC =

W . O. B. (Ec .9) Cosd x Pn x F f x W DC

Donde: LDC

=

Longitud del Porta mechas

W .O . B . =

Peso sobre la broca, libras

Cosd

=

Coseno del ángulo de desvió

Pn

=

Posición del punto neutral

WC

=

lbs Peso de los Porta mechas , pie

Ff

=

Flotabilidad del fluido de perforación

Longitud de la porta mechas

Guido Arce Montaño

Página 162

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

LPM =

7.000 lbs lbs 0,99 x 0,85 x 0,82 x 91 pie

Nº PM =

=114.34 pies

114.34 pies 30 pies

Nº PM =4 piezas de Porta mechas

Por lo tanto para obtener un W.O.B. de 7.000 lbs., bajo las condiciones indicadas, lbs necesitamos 4Porta mechas de 91 pie .

. Esto representa 114.34 pies de Drill Collars.

El segundo paso en el diseño, es la selección de los grados y peso de dril pipes que utilizara. En este caso tenemos todos los grados y pesos que figuran en libro API. La sarta se diseña desde el fondo hacia arriba, seleccionando los grados inferiores, de menos peso y costo de ese lugar. A medida que completamos nuestro diseño incrementaremos la calidad de las tuberías de perforación. Esto es para configurar la sarta de menor peso posible.

Sección de Drill Pipes Nº 1 Diámetro

=

5,5”

Grado

=

E

Peso

=

Peso aprox.

=

Guido Arce Montaño

21,90

lbs pie

23,82

lbs pie Página 163

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Clase Premium (Ec.11) LDP 1=

( RT 1 x 0,9 )−MOP W PM x L PM − W DP 1 x F f W DP 1

LDP 1=

( 344788 x 0,9 ) −70.000 91 x 114.34 − 23.82 x 0,824 23,8

LDP 1=11810.21 pies . Nuestra intensión es diseñar una sarta de 13124 pies. Está claro que necesitaremos por lo menos otra sección de tubería de calidad superior para lograr nuestro objetivo. El criterio, como en diseño de cañería debe ser el de seleccionar tuberías de grado superior en vez de aumentar el peso en la cañería. Tramo de Drill Pipes Nº 2 Diámetro

=

4,”

Grado

=

S

Peso

=

Peso aprox.

=

14.0

lbs pie

15,8

lbs pie

Clase Premium Antes de seguir con el diseño se debe calcular el peso de la sarta hasta este punto.

Guido Arce Montaño

Página 164

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Peso total de la sarta = (

LDP 1 x

W DP 1

)+(

LC

x

WC

)

lbs lbs Peso total de la sarta = ( 11810 . 21 pies x 27.7 pie ) + (114.34 x 91 pie ) Peso total de la sarta

= 337548.75 lbs.

Basado en los datos disponibles se debe calcular la longitud máxima de la segunda sección de Drill Pipe. (Ec.11) LDP 2=

( RT 2 x 0,9 )−MOP Peso de la Sarta − W DP 2 x F f W DP 2

LDP 2=

( 403527 x 0,9 )−70.000 337548.75 − 15.8 x 0,824 15.8

LDP 2=1143.97 pies . Hasta este punto la composición de la sarta es como sigue: DC

=

114.34 pies.

DP1

=

11810.21 pies.

DP2

=

1143.97 pies. 13068 pies. =3983 mts

Guido Arce Montaño

Página 165

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

3.12 ESPECIFIACIONES DE LA HERRAMIENTA A USAR EN LA PERFORACION DEL POZO SABALO – 8 CON POWER DRIVE. Tabla. 6 HERRAMIENTA

UNIDADES

LONGITUD (mts)

TREPANO

1

0,3

POWER DRIVE

1

9,5

ESTABILIZADOR DE SARTA

1

MONEL (MWD)

1

9,5

DRILL COLLAR

4

34.84

TIJERA (TH)

1

9,5

DRILL PIPE Nº 1 5 1/2” GRADO - E - PREMIUM

394

3599.57

DRILL PIPE Nº 2 4", - 5 3/8" GRADO – S WT40 PREMIUM

38

348.66

1,5

L.TOTAL = 4012.7 m. = 13165.7 pies.

FUENTE: Elaboración propia Guido Arce Montaño

Página 166

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

3.13 DISEÑO HIDRÁULICO EN LA PERFORACIÓN

FUENTE: Elaboración propia

Guido Arce Montaño

Página 167

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

3.13.1 Hidráulica de Perforación La hidráulica en la perforación de pozos se refiere a la interrelación de los efectos de viscosidad, tasa de flujo y presión de circulación sobre el comportamiento eficiente del fluido de perforación. DATOS 2 Pc = 30 lbs./100 ft

Vp = 36 pcs ØBlt = 8 ½ QB = 400 GPM 6 boquillas = (2x9; 4x13) DL = 11.5 ppg Equipo Superf. = tipo 3 pf MWA = 350 psi pf DHM = 500 psi Grad fract

=

0,705 psi/ft 0,052

Dfract =13,56 ppg

SOLUCION Primeramente se debe hallar las lecturas Ø600 y Ø300 respectivamente, y luego despejar de las siguientes formulas: Vp = Ø600 –Ø300 Pc = Ø300 - Vp Guido Arce Montaño

Página 168

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Ø300 = Pc + Vp = 30 + 36 Ø300 = 66 Ø600 = Vp + Ø300 Ø600 = 36 + 66 Ø600 = 102 n = 3,32 log

600 RPM ( lectura lectura 300 RPM )

n = 3,32 x log (102/66) n = 0,627 k =1,07 ×

lectura de 300 RPM n 511 0,6277

k = 66/ 511 k = 1,32

3.13.2 Pérdidas de presión por fricción en el interior de la sarta Sección 1 OD = 4 ID = 3.340 L = ( 1143.97 ) Vis=

24,5 ×Qb (Ec .51) 2 ID

Guido Arce Montaño

Página 169

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Vis = Velocidad en el interior de la sarta Qb = Caudal de bomba ID = Diámetro interno Vis=

24,5 × 400 2 3.340

Vis = 878.48pie/min Velocidad critica en interior de sarta

(

Vcis=

5,82 ×10 4 × k DL

1 2−n

) (( ) ( ×

1,6 3 × n+1 × ID 4×n

))

n 2−n

( Ec .52)

Vcis = Velocidad critica en el interior de la sarta n = Indice de comportamiento no-newtoniano k = Indice de consistencia o de bombeabilidad del fluido

(

Vcis=

5,82 ×10 4 × 1,32 11.5

)

1 2−0,627

×

((

1,6 3× 0,627+1 × 3.340 4 × 0,627

)(

VCis = 302.55 pies/min Condición: VCis>Vis

Guido Arce Montaño

Flujo Laminar

Página 170

))

0,627 2−0,627

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

VCis295,35

Flujo Laminar

Para flujo laminar

[(

2,4 × VCea 2× n+1 ∆ Pfea= × DH−O D 3×n

[(

)(

n

)] × [ 300 × k( DH× L−OD ) ]

2,4 × 309,32 2 ×0,627+ 1 ∆ Pfea= × 8,5−6,25 3 × 0,627

)(

0,627

1,32 ×176,64 )] ×[ 300× ( 8,5−6,25 ) ]

∆ Pfea=39,588 psi Sección 7 Guido Arce Montaño

Página 180

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

DH = 8,5 OD = 5½ L = 11810,18 pies Vea=233,33 pies/min

VCea=271,29 pies /min 271.29>233,33

Flujo Laminar

∆ Pfea=315,05 psi Sección 8 dh = ID = 8,535

Tabla (respecto a la cañ 9⅝

dp = OD = 4” L=348,66 pies

Vea=174,22 pies/min VCea = 224. pies/min 224>174,22

Flujo Laminar

∆ Pfea=372,61 psi 3.13.4 Perdida de presión en el trepano DL ×Vbit 2 ∆ Pfbit= (Ec .55) 1120

Guido Arce Montaño

Página 181

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Vbit=

0,32× Qb (Ec .58) TFA

TFA=

d 12+ d 22 … . dnn 1304

TFA=

9 +9 +13 +13 +13 +13 1304

2

2

2

2

2

2

TFA = 0,6426 pulg2 Vbit=

0,32× 400 0,6426

Vbit = 199,2 pies/seg 2

∆ Pfbit=

11,5 × 199,2 1120

∆ Pfbit=407,43 psi

3.13.5 Pérdida de presión en conexiones superficiales Qb ΔP f conex =C∗D L∗ 100 .

1,86

( )

(Ec .56)

C = valor sacado de tabla (equipo superficial tipo 3) C = 0,22

Guido Arce Montaño

Página 182

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

400 ∆ Pf conex =0,22× 11,5 × 100

1,86

( )

.

∆ Pf conex =33,33 psi .

Presión de Bomba Pb=∆ Pfcs+ ∑ ∆ Pfis+ ∆ Pfbit +∑ ∆ Pfea+ ∆ PfMWA +∆ PfDHM (Ec .57) Donde: ∆ Pfcs=Perdida de presion en conexiones superficiales

∑ ∆ Pfis=Sumatoria de presiones delinterior de la sarta ∆ Pfbit=Perdida de presion en eltrepano

∑ ∆ Pfea=Sumatoriade presiones del espacio anular ∆ PfMWA y ∆ PfDHM=Perdida de presion en los motores de fondo

PB = 33,33+ (25,775+ 279,3+ 10,31+2,072) + 407,43 + (25,75 + 39,588 + 315,05,6+ 372,61) + 350 + 500 Pb = 8909 psi DEC=DL+

∑ ∆ Pfea 0,052 ×h @ zap × ft

DEC=11,5+

(Ec .60)

25,75+39,58+315,05+372,61 0,052× 4575 ×3,281

Guido Arce Montaño

Página 183

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

DEC = 12,45 ppg 3.14 Optimización Hidráulica método de máxima potencia La optimización de la hidráulica es el uso eficiente y racional de la energía o presión de bomba necesaria para hacer circular el lodo a través del sistema de circulación, con el fin de obtener una apropiada remoción del ripio y, consecuentemente, mejorar la tasa de penetración de la mecha. Uno de los factores más importantes para tener mayor avance en la perforación es tener la hidráulica óptima. Optimizar la hidráulica significa: 

Aprovechar la máxima energía disponible en el trepano



Obtener la máxima limpieza del fondo del pozo y el espacio anular



Aprovechar ambos beneficios para tener buena penetración y un pozo estable y en calibre

De acuerdo con lo anteriormente mencionado la optimización de la hidráulica consiste en determinar un caudal óptimo y en función a ello seleccionar las boquillas para una determinada presión de bombeo. a) Calcular el caudal máximo y mínimo @ presión máximo de trabajo del 90% de presión de la bomba. DATOS: Pb = 6000 psi Potencia = 2000 HP  = 13,9 ppg 1) Presión máxima Pmax = 0,9 * Pb Guido Arce Montaño

(Ec.41) Página 184

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Pmax = 0,9 * 6000 Pmax = 5400 psi 2) Caudal máximo Qmax=

1714∗HHP 1714∗2000 = Pmax 5400

(Ec.42) Qmax = 634,8 GPM 3) Caudal mínimo Vmin∗( D h2−D p2) Qmin= (Ec .43) 24,5 Vmin = VS * 2 Velocidad de desplazamiento de recortes (Vs): VP V S =0,45 ❑ L∗❑rx

(

)(

29 V S =0,45 13,9∗0.3

(

√

36800∗❑L∗❑3 rx∗( rx −❑ L )

) (√

❑a2

(Ec .44 )

36800∗13,9∗0,33∗( 2,65∗8,33−13,9 ) 292

Vs = 35,6 ft/min Vmin = Vs * 2 Vmin = 35,6 * 2 = 71,2 ft/min

Guido Arce Montaño

)

Página 185

)

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

2

2

71.2∗(8.625 −3.5 ) Qmin= 24.5

Qmin = 180.5 GPM b) Encontrar el caudal optimo y las boquillas optimas con método de máxima potencia Pc1 = 2674 psi Pc2 = 1949 psi Q1 = 400 GPM Q2 = 300 GPM Exponente del que depende del régimen de flujo y características del fluido (adim) P c2 P c1 ¿ ¿ Q2 Q1 ¿ ¿ log ¿ log ¿ m=¿

a)

1949 2674 ¿ ¿ 300 400 ¿ ¿ log ¿ log ¿ m=¿

m = 1.1 b) Pérdidas óptimas de presión: 1 ( m+1 )∗Pmax

Pcopt =

Guido Arce Montaño

trab

( Ec .46)

Página 186

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

1 ( 1.1+1 )∗5400

Pcopt =2571.43 psi

Pcopt =

c) Caudal óptimo : Pc 1 Pc opt 1 log Q 2− ∗log (¿) m ¿ ¿ Q opt =10¿

2674 2571.43 1 log ( 300 )− ∗log (¿) m ¿ ¿ ¿ Qopt =10

Qopt =299 GPM

d) Caída de presión optima en la broca: PN opt =Pmax trab−Pc opt

PN opt =5400−2571.43=2829 psi

e) Velocidad de flujo a través de las toberas: VN opt =

√

1120∗PN opt ❑L

=

√

1120∗2829 (Ec .49) 13.9

VN opt =477.44 ft /seg

f) Área de flujo

Guido Arce Montaño

Página 187

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

TFA=

0.32∗Qopt 0.32∗299 = =0.2 pulg 2 ( Ec .39) VN opt 477.44

3.14.1Nomenclatura: Pb = presión optima en la barrena, (psi) VS = Velocidad de desplazamiento de recortes, pies/min VP = viscosidad plástica (cps) ❑L

= peso de lodo, (ppg)

❑rx

= Diámetro de partícula, (pulg).

rx

= Densidad de partícula, (ppg)

❑a

= viscosidad aparente, (cps.)

m = Exponente del que depende del régimen de flujo y características del fluido (adim) Pc1, 2 =caída de presión optima, (psi) PN opt = caída de presión optima en la broca, (psi) VN opt = Velocidad de flujo, pies/seg. TFA

= Área de flujo (pulg2)

3.15 Gradientes Estimadas de Formación

Guido Arce Montaño

Tabla. 7

Página 188

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

FORMACIÓN

TVD M

Escarpment

GRADIENTES PPG

Superficie

8.0 - 9.1

Tarija

640

6.0 - 8.0

Tupambi

1070

8.0 - 9.0

Iquiri – Los Monos

1492

10.0 - 13.2

Huamampampa

4407

8.9 - 10.6

Santa Rosa

5386

8.9 - 9.4

FUENTE: Dpto. de perforación PETROBRAS

3.16 Propiedades principales del lodo.El fluido a utilizarse será del tipo Base Aceite de bajo contenido de sólidos no disperso, A partir de los 2980 m. para ingresar al tramo en estudio, 3500 -400 se determinó la utilización de fluido de emulsión inversa EZ-OIL, será alivianado con inyección de aire para disminuir las pérdidas de circulación que son frecuentes en las formaciones que contienen lutita. Como precaución deberá agregarse al sistema, inhibidores de corrosión y se deberá elevar el PH para mejorar la eficiencia de estos productos. Sí por alguna razón hubiera un influjo de agua salada, se incrementará la velocidad de corrosión debido a los cloruros y podrá afectar a todas las herramientas de fondo, en este caso es importante incrementar inmediatamente la densidad equivalente de circulación, para controlar dicho influjo y reducir el volumen de aire en el sistema. Para las condiciones y estabilidad del agujero, la aplicación del Power Drive, confirmo que los problemas del derrumbe de lutítas del Devónico, fueron en la mayoría de los casos por la acción mecánica de la columna de la porta mecha, al aplicar peso y rotar la herramienta.

Guido Arce Montaño

Página 189

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

La densidades mínimas y máximas que se alcanzaron con el fluido de emulsión inversa en el tramo de 500 m. perforados con “Power drive ” fueron 1.50 y 1.74 gr/cc respectivamente.

FUENTE: Schlumberger Dpto. de lodos

Resumen programa de lodo SBL-8 PROPIEDADES DEL LODO DIAMETRO

TIPO DE LODO

(in)

36”

LODO BENTONITICO

TRAM

DENSIDAD

VP

O (m)

(ppg)

(cp)

PC (lb/100ft2)

20.0-25.0

0 - 90

8.9 - 9.3

15.0-20.0

90-1500

9.3- 10.0

12.0-15.0

15.0-20.0

1500-3000

10.0 - 11

30.0-35.0

20.0-30.0

EXTENDIDO

20”

LODO BENTONITICO AIREADO

10 ½

LODO BENTONITICO AIREADO

Guido Arce Montaño

Página 190

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

10 ½

LODO DE EMULSION

3000-3500

11.2 – 11.5

30.0-35.0

3500-4000

11.2 - 11.5

30.0-35.0

25.0 -30.0

INVERSA

8 1/2

LODO DE EMULSION

25.0-30.0

INVERSA

Tabla 8: Propiedades del lodo de perforación FUENTE: Schlumberger Dpto. de lodos

3.17 Aplicación de herramienta Power Drive en el Pozo SBL-8 Está determinada por la siguiente ecuación:

(Longitud tramo a perforar - longitud media BHA)+ Longitud seguridad Power D.=

____________________________________________ Longitud de un tiro + Longitud Power Drive (Ec.01)

Donde: Longitud de Power Drive = 1 metro Longitud de seguridad = 2 metros Longitud de un Tiro Dp = Drill Pipe= 9 metros * 3 = 27 metros Longitud del tramo a perforar = 3500 a 4000= 500 metros Longitud del BHA = 180 metros Reemplazando: en la Ec. 01 Guido Arce Montaño

Página 191

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Power Drive =

(500 metros – 200 metros) + 2 metros 27 metros + 1 metro

Nro. Power Drive = 10 Unidades Después de determinar la cantidad de herramienta Power Drive, para seguir la perforación del tramo y proteger del desgaste a la cañería.

3.18 Resultados en la perforación con la técnica Power Drive

Con la utilización de la herramienta reductora de fricción P o w e r D r i v e , como dispositivo mecánico, reducirá el arrastre, y la torsión, evitando el entrampamiento de perforación.

Guido Arce Montaño

Página 192

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Figura 40 Perforación con Power Drive

3.19 Cálculos de Arrastre Se realizará cálculos de arrastre mediante ecuaciones para determinar la fuerza normal producida por fricción, y luego obtener la fuerza de arrastre después de la Aplicación del sistema Power Drive Wy= W cos α Wy= N (Fuerza Normal) Fr = N * Guido Arce Montaño

Página 193

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Donde: W=Peso, N=Normal, Fr= Fuerza de Rozamiento Ejemplo: Para la profundidad de 500 metros y con un peso de 20 mil libras, una inclinación de 6.2º Fr= Fuerza de Rozamiento=Arrastre W = 20 mil libras α = 6.2º Reemplazando: Wy = W cos α = 20 m-lb * cos 6.2º = 19883 libras N = 19883 mil libras 3.20 Arrastre existente sin técnica Power Drive (para la profundidad = 500 mt) Coeficiente de fricción el acero Fr = N *

= 0.25

= N * 0.25

Fr = 19.883-libras * 0.25 = 4970 -libras 3.21 Arrastre con Técnica Power Drive (para la profundidad = 500 mt) Coeficiente de fricción del acero

Fr= N *

= 0.09

= N * 0.09

Fr = 19883 * 0.09 = 1.790-libras 3.22 Reducción de arrastre en porcentaje

Guido Arce Montaño

Página 194

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Con Power Drive 4.970-libras

Sin Power Drive 1.790-libras

Reducción de arrastre de 3180 lb =64 %

3.23 Cálculos de Torsión Se realizará cálculos de torsión mediante ecuaciones para determinar el esfuerzo de torsión después de la aplicación del sistema Power Drive Formula: T= N x r x

Considerando un Dp de 5 1/2” donde r = 7 / 2 (Tool joint) r= 3.5” = 0.28 pie 1pulg = 0.08 pie T= Torsión r= Radio de giro

3.24 Torsión sin Power Drive (para la profundidad = 500 mt) N = 19883 libras (a 500 metros) Coeficiente de fricción del acero =0.25 La torsión será igual a Guido Arce Montaño

Página 195

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

T=N* r* T= 19883-libras * 0.07 pie = 1391libras * pie 3.25 Torsión con Power Drive N = 19883 libras (a 500 metros) T= N x r x Debido a que se utiliza el Power Drive, el radio será el radio efectivo del cuerpo del DP de 5 1/2” donde r = 5.5”/2 r = 2.75” = 0.22 pie El coeficiente del metal del Power Drive

= 0.09

La torsión será igual a T = N * 0.22 pie * 0.09 T = 19883 libras * 0.0198 pie = 393.68 libras * pie 3.26 Reducción de la torsión en porcentaje Sin Power Drive

Con Power drive

1391-libras * pie

393 -libras * pie

Reducción de torsión de 998 lb/pie = 72 %

3.27 Análisis Técnico La herramienta mecánica P o w e r

Drive

reducirá l a

fricción, Torsión, y

entrampamiento por que trabaja en zonas críticas proporcionando a la perforación menores esfuerzos de arrastre y torsión protegiendo del desgaste por fricción en las tuberías de sondeo e incrementando los RPM en el momento de perforar gracias a las características mencionadas anteriormente. Guido Arce Montaño

Página 196

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Luego del análisis del pozo sábalo 8, considerado como pozo candidato para el uso de la herramienta nos proporciona como resultados: Disminución de los esfuerzos de peso, torsión y arrastre, Respecto al arrastre disminuye un 64% Respecto a la torsión disminuye un 72 % Eficiencia demostrada con la disminución de los esfuerzos de arrastre, torsión y entrampamiento en la perforación, adicionalmente al

no existir exceso de arrastre

y torsión mejorará el control de dirección, tasas de penetración (ROP) y la limpieza del hoyo, a partir de la profundidad de 3500 metros.

Guido Arce Montaño

Página 197

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

CAPITULO IV ANALISIS ECONOMICO PROYECTO

CAPITULO IV 4.1 ANALISIS ECONOMICO PROYECTO Al tratarse de la aplicación de una nueva técnica de perforación, en el pozo SBL- 8 conocida como Perforación Rotativa POWER DRIVE, el análisis económico del proyecto, se lo realiza en función de una comparación en relación a la técnica convencionalmente aplicada sobre el mismo pozo.

Guido Arce Montaño

Página 198

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

En los capítulos anteriores se presentaron los aspectos técnicos para la Aplicación de la técnica de perforación rotativa Power Drive en el Pozo Sábalo ya que se realiza con el propósito fundamental para que no exista entrampamiento en el momento en que empieza la perforación del pozo SBL-8, pero para la realizar el proyecto se requiere también del financiamiento necesario para que resulte exitoso, en este capítulo, analizaremos los aspectos económicos y financieros que intervienen en la planeación y ejecución del Proyecto. 4.2 Análisis de Costos La finalidad de la aplicación de la técnica de perforación rotativa Power Drive es hacerlo con el mínimo costo hasta alcanzar los objetivos deseados, sin embargo algunas veces se ven influenciados por los problemas de anteriores proyectos, es por ello que en la configuración propuesta se reflejará el deseo de evitar todo tipo de problemas, minimizando los costos en algunas de las áreas de inversión, tales como la perforación del pozo SBL-8. El costo intrínseco o neto está constituido por términos que significan un avance en la perforación. Se calcula en función del progreso que se tiene en cada carrera de los distintos trépanos basados al pozo, en términos de costo unitario o de rentabilidad de la carrera se calcula con la siguiente ecuación r−¿ T m T¿ ¿ +C Trep. Cq ¿ Costo Unitario=¿ Donde: Ceq.

= Costo del equipo

Tr.

= Tiempo de rotacion

Guido Arce Montaño

Página 199

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Tm.

= Tiempo de maniobra

Ctrep. = Costo trépano 4.3 Análisis Comparativo de Costos de perforación para el tramo 3500 a 4000 m Las alternativas a compulsar en términos de costos son las siguientes: 4.3.1 COSTO METRICO TOTAL DE LA PERFORACION CON POWER DRIVE SBL-8 DATOS Intervalo de perforación…………………………………………….. (3500– 4000) Mts. Longitud tramo perforado ………………………………………….…500 Mts Tiempo de rotación total……………………………...................…: 120 hrs. 5 días Tiempo de maniobras…………………………………………….… : 9.5 hrs.(1 viaje). Costo horario alquiler equipo de perforación+ servicios,……… : 2500 $us/Hra. Costo horario del Power drive………………………………………: 325.69 $us/Hra. Cargo horario direccional (D) ……………………………………... : 20 $us/Hra. Costo trépano (Ctrep.) ……………………………………………...: 15000 $us. (1 trépano). COSTO METRICO ( CM )=

Ceq ( Tr −Tm ) +Ctrep+ ( C . POWER DRIVE + D ) (Tr ) TRAMO PERFORADO

COSTO METRICO ( CM )=

2500 ( 120−9.5 ) +15000+ ( 325.69+20 ) (120) 500

Guido Arce Montaño

Página 200

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

COSTO METRICO DEL TRAMO CON POWER DRIVE = 665.461 $us/m. COSTO METRICO TOTAL =332,732.8 $us. Para 500 mts Como se puede observar el costo métrico del pozo propuesto del tramo en estudio se obtiene un total de 332,732.8 $us

4.3.2 COSTO METRICO TOTAL CON MOTOR DE FONDO EN EL TRAMO DEL POZO SBL-8 Profundidad de bajada del motor espacio…………… …………. .: 3500 m. Profundidad destacada del motor……………………..…………....: 4000 m. Longitud del tramo perforado…………………………................... : 500 m. Tiempo de rotación total………………………………………….. …: 216 hrs.= 9 días Tiempo de maniobras…………………………………………….… : 13.11 hrs.(1 viaje). Costo horario alquiler de equipo de perforación +servicios…….: 1700 $us/Hra. Costo horario de la motor fondo…………………………………..…: 350.46 $us/Hra. Cargo horario direccional (D)………………………………………… : 20 $us/Hra. Costo trépano (Ctrep.)……………………………………………….: 20000 $us. (1 trépano).

COSTO METRICO ( CM )=

Ceq ( Tr −Tm ) +Ctrep+ ( C . MOTOR F+ D ) (Tr ) TRAMO PERFORADO

COSTO METRICO ( CM )=

1700 ( 216−13.11 ) +20000+ ( 350.46+ 20 ) (216) 500

Guido Arce Montaño

Página 201

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

COSTO METRICO DEL TRAMO CON MOTOR DE FONDO = 889,864.78$us/m. COSTO METRICO TOTAL = 444,932.39 $us. Para 500 mts Como se puede observar el costo métrico del pozo propuesto del tramo en estudio se obtiene un total de 444,932.39$us

4.3.3 Resultados de comparación de costos para los 500mts tramo 3500 a 4000

POWER DRIVE

MOTOR DE FONDO

Tiempo de Perforación 120 hrs

Tiempo de Perforación 216 hrs

332,732.8 $us

444,932.39 $us

COSTO METRICO TOTAL MOTOR DE FONDO = 444,932.39$us. Para 500 mts COSTO METRICO TOTAL POWER DRIVE

=332,732.8 $us. Para 500 mts 112,199.59 $us. Para 500mts

Como se puede observar existe una diferencia de 112,199.59 $us al perforar con Power Drive debido a la eficiencia del equipo.

Guido Arce Montaño

Página 202

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

CAPITULO V CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES

CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 CONCLUSIONES 

La reducción de costos operativos en relación a perforar con motor de fondo

Guido Arce Montaño

Página 203

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

reduce significativamente al realizar la perforación con POWER DRIVE con una alta eficiencia de rendimiento, obteniendo una reducción de 112,199.59 $us para los 500 mts del tramo 3500mts a 4000mts. 

La

herramienta

Power

Drive

reducirá

la

fricción, Torsión, y

entrampamiento por que trabaja en zonas críticas proporcionando perforación menores

a

la

esfuerzos de arrastre y torsión protegiendo del

desgaste por fricción en las tuberías de sondeo y incrementando los RPM en el momento de perforar tal como se demuestra en los cálculos de la ingeniera. Disminución de los esfuerzos de peso, torsión y arrastre:

 Respecto al arrastre disminuye un 64 %  Respecto a la torsión disminuye un 72%



Al no existir exceso de arrastre y torsión mejorará el control de dirección, tasas de penetración (ROP) promedia de 0.7 hr/mts y la limpieza del hoyo, a partir de la profundidad de 3500 metros.



Se ha logrado determinar mediante el método de máxima potencia un caudal óptimo de 299 GPM una caída de presión optima en la broca de 2829 psi con velocidad de flujo optima en las toberas de 477.44 ft/seg



Es importante señalar que, al haberse analizado un tramo particular de 500 mts , se determina que la perforación rotativa POWER DRIVE, emplea un tiempo de perforación de 120 horas, entre tanto con Motor de Fondo emplea un tiempo de perforación de 216 horas, lo que significa que la técnica propuesta en el presente estudio, supone un tiempo de perforación menor en alrededor de 96 horas lo que significa una disminución en costos operativos a futuro muy significativa, incrementando las utilidades o ganancias de la empresa operadora.

Guido Arce Montaño

Página 204

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Una disminución en el tiempo de perforación, lo que derivó en una reducción de los costos de perforación.

POWER DRIVE

MOTOR DE FONDO

Tiempo de Perforación 120 hrs

Tiempo de Perforación 216 hrs

332,732.8 $us

444,932.39 $us

5.2 RECOMENDACIONES



Se recomienda utilizar Power Drive En la perforación de pozos verticales profundos, que atraviesen formaciones arcillosas , activas de grandes espesores como Los Monos y Huamampampa, problemáticas para la perforación



Para formaciones que contienen lutítas utilizar lodo de perforación de emulsión inversa como precaución se deberá agregarse al sistema, inhibidores de corrosión y se deberá elevar el PH para mejoras la eficiencia del estos productos.



Para tener una calidad de los datos (más cerca del trepano), implementar un Receiver dentro del arreglo de perforación para tener datos en tiempo real directamente del (RSS, rotary steerable system). a través del MWD datos como shocks, azimut, inclinación, gamma ray, etc.



Se recomienda trabajar con los parámetros óptimos de perforación para llegar a tener un mejor desempeño del POWER DRIVE. Y una presión maxima de trabajo de 5400 psi.

Guido Arce Montaño

Página 205

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

GLOSARIO A

= Área de la sección transversal del componente ( plg2) .

Au

= π unidad de pared de área de agujero (plg2/ plg de longitud)

Ac

= Unidad de longitud de los PMs redondos, en contacto con la pared del agujero (plg2/ plg de longitud)

a

= Angulo de contacto (grados)

Ao

= Área unitaria PM cuadrados en contacto con la pared del angulo(plg2/ plg de longitud)

At

= Unidad de área del PM triangula en contacto con la pared del agujero (plg2/ plg de longitud)

ASR

= Unidad de área de estabilizador o escariador en contacto con la pared del pozo (plg2/ plg de longitud).

ATF

= Área total de la boquilla del rotor, plg2

API : American Petroleum Institute ASTM : Sociedad americana para prueba de materiales Azimut : Angulo de Buzamiento que existen entre los estratos de rocas Anisotropia : (opuesta de isotropía) es la propiedad general de la materia según la cual determinadas propiedades físicas, tales como elasticidad ,temperatura ,conductividad . Abrasividad : Un abrasivo es una sustancia que tiene como finalidad actuar sobre otros materiales con diferentes clases de esfuerzo mecánico ,triturado, molienda, corte y pulido Arenisca : roca sedimentaria de tipo detrítico, de color variable, que contiene clastos de tamaño arena. Después de la lutita, es la roca sedimentaria más abundante

Guido Arce Montaño

Página 206

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

BOP : Blow Out Preventer BHA : Bottom hole Asembly BBL : Barriles BPD : Barriles por dia BW : Peso sumergido Bf : Factor de Flotación CSAstríng : Área Transversal de la Sarta D: Diámetro interior de la tubería de perforación o los porta mecha D2: Diámetro interior del pozo o de la tubería de revestimiento Dl: Diámetro exterior de la tubería de perforación o los porta mechas Ften :Carga sumergida por debajo de la porción de tubería (Ib) Ldp Longitud del DP (ft) Fcomp. : Fuerza de compresión (Ibf) Fhid : Fuerza Hidrostática (lbf) H : Longitud del NPE3 (ft) L : Longitud (ft) Ldc : Longitud del DC (ft) MDI : Arreglo de Dirección e Inclinación. MGR/MGD : Arreglo de Gamma Ray/ Gamma Ray Dummy. Guido Arce Montaño

Página 207

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

MEH: Camisa electrónica. MVC : Arreglo de vibración modular P barrena : Pérdida de presión de la barrena (psi) Q = Caudal (gpm) Wdp = Peso del DP en el aire (lbIft) Wdc = Peso en el aire del DC (ib/ft) W = Peso (lblft) WC

= Peso de 1 pie de tubería en el aire (lb/pie).

W1

= Peso del lodo (lb/pie3).

ρ

= Densidad (lb/pie3).

ρ

= Densidad del portamechas o tubería (lb/pie3). ∅ θ

 

n

= Coeficiente de agujero. = Angulo inclinación en grados.

ep = Viscosidad efectiva (cP) de la tubería

ea = Viscosidad efectiva (cP) del espacio anular

ANEXO Guido Arce Montaño

Página 208

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

TABLAS UTILIZADAS PARA EL DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACION

Guido Arce Montaño

Página 209

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

Guido Arce Montaño

Página 210

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO”

BIBLIOGRAFIA 

CEPET-TAMARE: Perforación Díreccional, 1987.



MITCHELL, Bill: Oil Well Drilling Engineering, USA, 1993



MI FLUIDS: Drilling Manual, USA. 2001.



Pemex, Disertante Ing. Hernán Ramos Jiménez),Curso de capacitación Operación nivel II



Pemex , Ing. Hernán Ramos Jiménez, Curso de Capacitación , Well Cap. nivel III



Prof. Ing. Luis Soto Pineda ,Tema IV Elementos de la Perforación,



BAKKE, Steinar y DAUDEY, Jan: Introduction to Directional Drilling, USA, 1998.



DS- 1TM Diseño e Inspección de sarta de perforación segunda edición de H Hill Asocciates Inc .



Informe N° 1215, 121 PP Santa Cruz de la Sierra. En: Ramos, V. A., 1999



Starck, D., Constantini, L. y Schulz, A. 2002b. Análisis de algunos aspectos geométricos y evolutivos de las estructuras de la faja plegada subandino del norte de Argentina y el sur de Bolivia. V Congreso de Exploración y Desarrollo de Hidrocarburos. Actas digitales, Trabajos técnicos, Mar del Plata.

Autor: Guido Arce Montaño

Página 211

“APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA CON POWER DRIVE EN LA PERFORACION DEL POZO SBL-8 DEL CAMPO SABALO” 

http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish04/sum04/p4 _9.ashx



Nueva constitución política del Estado plurinacional de Bolivia Articulo 344 ° Inciso II



Ley de hidrocarburos 3058



Ley del Medio ambiente N° 1333 del23 de Marzo de 1992



Decreto Supremo N° 28397 del 6 de Octubre del 2000

Autor: Guido Arce Montaño

Página 212