Apuntes PPAP

7/30/2019 Apuntes PPAP

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Escuela Superior de Ingeniera y ArquitecturaUnidad Ticomn Ciencias de la Tierra

Ingeniero Petrolero

Perforacin de Pozos enAguas Profundas

Ing. David Acosta Prez


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Conceptos Bsicos

Clasificacin de Tirantes de Agua

Se refiere a la exploracin y explotacin de regiones ubicadas donde el tirante de agua es mayor a 500metros, es decir entre el nivel del mar y el lecho marino

Los yacimientos potenciales en Aguas Profundas se localizan en el subsuelo entre 500 y 3200 metros detirante de agua


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Entorno Internacional

A nivel mundial, la produccin diaria de barriles de petrleo en Aguas Profundas en tirantes mayoresa 500 metros es al rededor de 6 millones de barriles en 2007

Los diez principales productores en Aguas Profundas son: Brasil, Nigeria, Estados Unidos, Angola,

Egipto, Gran Bretaa, Noruega, India, Filipinas y Guinea Ecuatorial

Actualmente existen 271 sistemas flotantes de produccin en servicio o disponibles en el mundo, enpases como Estados Unidos, Brasil, Noruega e Inglaterra, en los mares africanos y asiticos

Del total, el 65% son FPSOs, 18% Semis, 10% TLPs y 7% Spars (IMA, 2011). El record actual deaplicacin lo posee la plataforma Semisumergible Independence Hub en operacin en la parte Nortedel Golfo de Mxico en un tirante de 2,415 m


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Crecimiento del Nmero de Equipos de Perforacin para Aguas Profundas


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Equipos de Perforacin para Aguas Profundas


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Equipos de Perforacin para Aguas ProfundasTLP Plataforma de Piernas Tensionadas


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Equipos de Perforacin para Aguas ProfundasPlataforma Semisumergible


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Equipos de Perforacin para Aguas Profundas

Plataforma Boya Spar


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Equipos de Produccin para Aguas Profundas

La explotacin de hidrocarburos en aguas profundas y ultra-profundas (tirantes mayores a

1,500 m) requiere de sistemas flotantes anclados al fondo marino y/o de sistemas submarinos deproduccin, los cuales reciben a los hidrocarburos provenientes de los pozos y los envan a travs deductos y/o risers a instalaciones marinas cercanas o en tierra para su procesamiento, almacenamiento oventa


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Situacin NacionalEtapas de Desarrollo del Proyectos para Aguas Profundas

Las aguas territoriales mexicanas en el Golfo de Mxico se conforma por una extensin de 575,000 Kmdividido en 5 sectores:

1. Perdido2. 2. Lamprea Profundo

3. 3. Lankahuasa Profundo4. 4. Coatzacoalcos Profundo5. 5. Campeche Profundo

Inici de la dcada pasada perforando un pozo por ao ente 2003 y 2006 El desarrollo se ha considerado a partir de los 500 m de tirante de agua en el ao 2003 hasta 1000 m con el pozo

Lakach-1 en 2006

Desde el ao 2007 hasta 2012 se han perforado 17 pozos alcanzando un tirante de 1945 m con pozo Piklis-1

Al norte limitan con aguas territoriales delos Estados Unidos de Norteamrica y alOriente con aguas territoriales de Cuba.Los yacimientos potenciales en AguasProfundas se localizan en el subsuelo entre500 y tres mil doscientos metros de tirantede agua.


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Retos y dificultades se enfrentan cuando explora y explota yacimientos enAguas Profundas

Corrientes marinas: Las fuertes corrientes marinas originan movimiento de estructuras induciendovibracin en tuberas que fatiga en los componentes del equipo de perforacin e incluso impidenperforar

Cambios de temperatura: Debido a los diferentes grados de temperatura entre la superficie, el lecho

marino y las formaciones perforadas, el bombeo del fluido de perforacin es complicado, adems de quelas bajas temperaturas alteran las propiedades del cemento que se emplea para las tuberas derevestimiento

Condiciones crticas al inicio de la perforacin: Al atravesar formaciones someras, se presentan flujos deagua de alta presin, flujos de gas y presiones anormales

Operacin remota: la instalacin submarina se tiene que realizar a travs de vehculos de operacin

remota ROVB ya que el ser humano no puede llegar a esas profundidades

Altos costos: los campos requieren ser desarrollados con un menor nmero de pozos de lostradicionalmente perforados en aguas someras, por lo general pozos altamente desviados y horizontalespara asegurar el flujo de hidrocarburos aunado al alto costo de las plataformas flotantes


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Retos y dificultades se enfrentan cuando explora y explota yacimientos enAguas Profundas

Se requiere de instalaciones submarinas: para la produccin se requieren rboles mojados, lo quedemanda de la aplicacin de nuevas tecnologas aun no disponible en Mxico

Algunos de estos yacimientos se encuentran debajo de formaciones salinas, lo que demanda detecnologas especializadas para su identificacin, as como para atravesar esas extensiones de sal en el

proceso de perforacin.

Asimismo, la geometra de los yacimientos en aguas profundas, podra ser diferente a la conocida enaguas someras, lo que dificulta su exploracin y explotacin.

Adicionalmente, la infraestructura para produccin de hidrocarburos en aguas profundas representaretos tecnolgicos y de administracin. Se necesitan instalaciones submarinas muy complejas, el uso denuevas tecnologas para la separacin de hidrocarburos en el fondo del mar, bombeo de hidrocarburos yun alto grado de automatizacin, as como empleo de robtica.

*** Se estima que el primer sistema flotante en aguas profundas mexicanas se instalar entre los aos

2017 y 2018, ya sea en aguas profundas del rea de Perdido, frente a las costas del estado de Tamaulipas

en un tirante de alrededor de 3,000 m, o en el Sur del Golfo de Mxico en un tirante menor a 2,000 m


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Estrategia actual de produccin de PEMEX

La estrategia de PEMEX para dar sustentabilidad a la plataforma de produccin petrolera del pas se basaen seis grandes proyectos (SENER, 2011)


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Experiencia y Estrategia de Perforacin en Aguas Profundas


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De acuerdo con estimaciones de PEMEX Exploracin y Produccin (PEP), la primera produccin deyacimientos localizados en aguas profundas se obtendr a finales de 2017, con un volumen inicial de 5Mbd proveniente del proyecto Golfo de Mxico B; para el ao 2018 se prev agregar produccin de losproyectos Golfo de Mxico Sur y rea Perdido; estimndose que estos tres proyectos alcancen unaaportacin de 784 Mbd en 2025 (SENER, 2011)

Produccin esperada en aguas profundas mexicanas


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Planeacin de Perforacin en Aguas Profundas

1) Definicin de un Objetivo (Trampa geolgica)2) Integracin de informacin (Ssmica, Pozos de correlacin, geologa )3) Identificacin de riesgos

Geopresiones, pruebas de goteo etc. Tirante de agua, temperatura, flujo de gas someros

Hidratos Otros riesgos

4) Diseo del pozo Asentamientos, Diseo de trayectoria, tuberas de revestimiento Seleccin de la plataforma

5) Prueba de produccin

6) Estimacin de costo7) Lecciones aprendidas


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Planeacin de Perforacin en Aguas ProfundasMetodologa VCDSE


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Generacin de Equipos


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Existen 4 metodologas:

Seleccin de equipos de Perforacin en Aguas Profundas

Plataforma disponible y pozo a disear

Pozo diseado y disponibilidad de plataformas

Desarrollo de campos

Proyectos especiales


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Caractersticas particulares en la Seleccin de equipos de Perforacin en Aguas Profundas

TLP (Tension Leg Platform)VENTAJAS

Bajos movimientos en el plano vertical: arfada, cabeceo y balanceo.Permite el uso de equipo de perforacin y acceso a pozos.

Utiliza rboles superficiales.Uso de risers verticales de acero.

DESVENTAJASLimitaciones de uso en aguas ultra-profundas debido al peso y colapso hidrosttico de su .

.sistema de tendones (TUBULARES )Sensible a cambios de carga sobre la cubierta.

No permite el almacenamiento de aceite.


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SEMISUMERGIBLEVENTAJAS

Permite el uso de equipo de perforacin y acceso a pozos.Mnimos cambios con el aumento del tirante de agua.Permite manejar grandes cargas sobre su cubierta.

La ltima generacin de Semis puede usar risers de acero en catenaria (SCR).Se cuenta con sistemas de anclaje para diferentes condiciones de sitio

DESVENTAJASAltos movimientos.

Uso de rboles submarinos.Generalmente utiliza risers flexibles.Los sistemas submarinos son un factor crtico


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SPARVENTAJAS

Permite el uso de equipo de perforacin y acceso a pozos.Permite el uso de rboles superficiales.Mnimos cambios con el aumento del tirante de agua.

Permite almacenamiento de aceite en su casco, pero no es tpico.Alta estabilidad.

DESVENTAJASMovimientos medios.Sistema de risers complejo.

Se requiere el montaje de la cubierta en el sitio de instalacin.

A


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FPSO (Floating Production Storage Offshore)VENTAJAS

Se puede utilizar tanto en aguas someras como profundas.Mnimos cambios con el aumento del tirante de agua.Gran capacidad de espacio y de cargas en la cubierta.

Permite el almacenamiento de aceite.Ilimitado nmero de pozos.Se cuenta con sistemas de anclaje para diferentes condiciones de sitio.

DESVENTAJASAltos movimientos.

Uso de rboles submarinos.Uso de risers flexibles con limitacin en dimetro para aguas ultra-profundas.Los sistemas submarinos son un factor crtico.No cuenta con equipo para perforacin y acceso a los pozos.No permite el almacenamiento de gas.En ambientes agresivos se requiere el uso de sistemas de anclaje tipo torreta.

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Record de Operacin de Plataformas en Aguas Profundas

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Las plataformas con flotacin neutra vibran dinmicamente en seis grados de libertad, tres movimientos

de traslacin en direccin de los ejes X, Y y Z, y tres movimientos de rotacin alrededor de los mismosejes: avance (surge), deriva (sway), arfada (heave), cabeceo (pitch), balanceo (roll) y guiada (yaw),respectivamente.Las plataformas con flotacin positiva tienen un empuje mayor que su peso y son ancladas al fondomarino por lneas que se mantienen siempre en tensin, llamadas tendones. Los tendones son tubos deacero que restringen los grados de libertad de arfada, cabeceo y balanceo de las TLPs.

Tipos de movimientos en equipos de Perforacin en Aguas Profundas

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Sistemas Bsicos del Equipo de Perforacin

1. Sistema de PotenciaA) Generacin de Potencia: La forma ms comn es el uso de Motores de Combustin Interna

alimentados por combustible Diesel

B) Transmisin de Potencia Transmisin Elctrica: Los Generadores producen la electricidad que se transmite a los

Motores Elctricos a travs de cables de conduccin elctrica Transmisin Mecnica: No es muy utilizada hoy da, consiste de una serie de correas,

cadenas, poleas, piones dentados y engranajes2. Sistema de Rotacin Ensamblaje de Mesa Rotaria y / Top Drive La Sarta de Perforacin

3. Sistema de IzajeEquipo de soporte: torre y subestructura

Equipo de Levantamiento

Malacate Bloque de Cororna Bloque Viajero Gancho Elevador Cable Lnea de Perforacin

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Sistema de Izaje

Sistema de Rotacin

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4. Sistema de Circulacin de Fluidos

Fluido de Perforacin Presas de lodos y cuarto qumico (rea de preparacin del fluido de perforacin) Equipo de bombas. Almacenamiento de productos qumicos /Silos)

5. Sistema de Prevencin de Reventones Conjunto de BOPs

Lneas de Matar y Estrangular Ensamble de estrangulacin Unidad de Cierre adistancia - Acumulador

Sistema de Circulacin

Preventor Anular Esfrico Preventor de RamsPreventores Convencionales / Marinos

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E cu l Sup ri r d In ni r Ar uit ctur


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La Presin Hidrosttica se define como la presin ejercida por una columna de fluido en el fondo

Definida por: Ph=.h

PRESIN DE POROEs la presin a la que se encuentran confinados los fluidos dentro de la formacin,

Las presiones de formacin o de poro que se encuentran en un pozo pueden ser normales, anormales(altas) o subnormales (bajas)Las presiones anormales se definen como aquellas presiones mayores que la presin hidrosttica de losfluidos de formacin y subnormales a las que tienen una presin menor

PRESIN DE FRACTURAEs la presin necesaria para vencer la presin de los fluidos contenidos en la formacin y la resistencia delas rocas

PRESIN DE SOBRECARGAEs la presin vertical causada por el peso de los sedimentos y fluidos de las capas superiores

PRESION DE COLAPSOPresin mnima requerida para que un elemento de roca mantenga un estado equilibrio

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Tipos de Tuberas de Revestimiento

Conductor: Utilizado para instalar el diverter desviador flujos someros en pozos marinos de plataformasfijas y queda como gua para aislar el agua de mar desde la plataforma hasta por debajo del lecho marinoConductor en Aguas Profundas: Utilizado para soportar el Housing (Antes se inclua la base gua) en el cualse alojar el cabezal para colgar la tubera de revestimiento superficial.

Tubera Superficial:tiene por objeto instalar conexiones superficiales de control para pozos de plataformasfijas y al mismo tiempo proteger al agujero descubierto, aislando los flujos de agua y zonas de prdida delodo cercanas al lecho marino

Tubera Superficial: tiene por objeto instalar conexiones submarinas de control para pozos de aguasprofundas y al mismo tiempo proteger al agujero descubierto, aislando los flujos de gas someros y zonas deprdida de lodo cercanas al lecho marino

Tubera Intermedia: Estas tuberas tienen la finalidad de aislar zonas de presiones normales de formacin,flujos de agua y derrumbes: en s se utiliza como proteccin del agujero descubierto, para tratar, en la mayorade los casos, de incrementar la densidad de los fluidos de perforacin y controlar las zonas de alta presin.

Tubera de Explotacin: Estas tuberas tienen como meta primordial aislar el yacimiento de fluidosindeseables en la formacin productora, tambin para la instalacin de empacadores de produccin yaccesorios utilizados en la terminacin del pozo

Tubera de Revestimiento Corta (Liners): Son tuberas que no se extienden a superficie pueden ser para ganarprofundidad en las etapas intermedias del pozo donde la longitud de agujero es considerable con la finalidadde evitar derrumbes, tambin puede ser para explotacin en las etapas finales del pozo.



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Complemento (TIE-BACK). Es una tubera de revestimiento que proporciona integridad al pozo, desde la cima de

la tubera corta Liner hasta la superficie quedando colgada en un cabezal.

Complemento Corto (STUB):Es una tubera de revestimiento que funciona al igual que el complementoproporciona capacidad para soportar mayor presin y se extiende desde la cima de la tuberaCorta Liner sin llegar a la superficie quedando colgada en la TR anterior



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Equipos Especiales Utilizados en Aguas Profundas

Riser

Junta flexible

Desconector Hidrulico

Tensionadores de riser

Junta telescpica

Compensador de Movimiento Vertical

Diverter

ROV

Base Gua (Permanente o Temporal), postes y lneas gua

Sistema redundante de control de Preventores



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Equipos No convencionales utilizados en Aguas Profundas

Riser: Es el conducto del fluido de perforacin y los recortes desde los preventores hasta la superficie(Plataforma) equivalente en longitud al tirante de agua ms el colchn de aire.

*En un pozo convencional la distancia de preventores a la lnea de flote es corta y se le cnoce comoCampana

Campana Riser



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Junta FlexibleMinimiza el efecto de palanca sobre los preventores por efectos de movimiento del riser a causa de lacorrientes marina en fondo

Desconector Hidrulico

(Para recuperar Riser y para recuperar Preventores)



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Tensionadores de RiserPermite sostener el Riser mediante cables de acero para mantenerlo vertical y alineado a

la rotaria as como tambin evita que el Riser se sobretensione durante los movimientosverticales de la plataforma liberando y recuperando el cable tensionador al ritmo delmovimiento de la plataforma de tal manera que el riser solo resentir los movimientoslaterales pero no los movimientos verticales que pueda tener la plataforma

Junta TelescpicaConsiste en dos tubulares traslapados, el inferior es parte del riser y el superior se aloja en el interior del extremodel riser y se mueve en forma reciprocante al igual que la plataforma de tal manera que el riser se mantine fijo



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Diverter

Es un desviador de flujo que manda el lodoy los recortes provenientes del riser haciala lnea de descarga que va al equipo decontrol de solidos, tiene un elemento desello similar al de un preventor anular paraevitar la salida violenta de Bolsas de gashacia la rotaria



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Compensador de Movimiento Vertical

Accesorio complementario del Top Drive que compensa elmovimiento vertical de la plataforma por efector demarejada de tal manera que la sarta de perforacin semantiene estable sin resentir los movimientos de laplataforma evitando que la barrena suba y baje en el fondodel pozo manteniendo el peso sobre barrena constante



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p g y qUnidad Ticomn Ciencias de la Tierra

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Remotely Operated Vehicles (ROVs

)



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Base Gua (Permanente o Temporal)

Tiene cuatro postes en los cuales se extiende un cable de aceroen cada uno hasta la superficie llamados Lneas Gua a travsde los cuales se gua el conjunto de preventores para alojarse enlos postes de la base gua.

Actualmente se ha optado por no utilizarse ya que representanun riesgo para el ROV

La base gua es ensamblada en el Housing del conductor de30 y se baja en conjunto para efectuar el Jetteo de la formacinhasta dejar hincado el conductor de 30 dejando la base gua a+/- 2 metros sobre la zona obscura del lecho marino.



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Base Gua (Permanente o Temporal)



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Sistema Redundante de Control de PreventoresLos preventores son controlados desde la superficie mediante dos conjuntos de lneas hidrulicas sin

retorno a superficie(Pod Amarillo y Pod Azul)



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Cabezal Submarino



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g qUnidad Ticomn Ciencias de la Tierra

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Condiciones Ambientales

Principales Corrientes Marinas

Corrientes de fondo



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Una corriente circular entra al Golfo de Mxicoentre Cuba y Yucatn y Sale del Golfo de Mxicoentre Cuba y la Florida

Mxico, se ve afectado por la llegada de los ros almar en la zona de Veracruz principalmente delPapaloapan generando corrientes de fondo



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Perfiles de velocidad de corrientes de fondo

AnticiclonesRotacin a las manecillas del reloj

Formado por agua caliente converge en el centroContiene pocos nutrientes para mantener la vida animal y vegetalDescritas como desiertos martimos

CiclonesRotacin contra las manecillas del relojFormado por agua fra trada de las profundadas del marAlto valor nutritivo por tener mayor cantidad de luz solar



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Oleaje superficial y vientos por fenmenos meteorolgicos

La combinacin de las corrientes de fondo, oleaje en superficie y efectos de los fenmenos meteorolgicosgeneran una combinacin de movimientos en las plataformas flotantes que deben ser considerados en losdiseos de estas para permitir perforar sin prdidas de tiempo as como evitar daos ecolgicos

Los tipos de movimientos son el Pich que es un movimiento de proa a popa (adelante y hacia atrs) , el rollque es de estribor a babor (Lateral) y el heave que es el movimiento vertical



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Un parmetro que indica la estabilidad de una embarcacin es la distancia vertical entre elCentro de Gravedad (G) y el Metacentro (M), denominada altura metacntrica (GM), la cualdebe tener un valor positivo para lograr un equilibrio estable

Escuela Superior de Ingeniera y ArquitecturaU T C


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Arreglo de Preventores

para Aguas Profundas

Escuela Superior de Ingeniera y ArquitecturaU id d Ti Ci i d l Ti


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Arreglo de Preventores para Aguas Profundas



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Arreglo de Preventores para Aguas Profundas



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Preventor Anular Preventores de Rams



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Rams FijoRams Variables

Rams Fijo con Punzn

Rams Ciego (Colapso) Rams Ciego de Corte

Tipos de Rams



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Retos por vencer en Aguas Profundas

HidratosLos Hidratos son una mezcla de gas y agua, formados a una presin de magnitud moderada y baja temperaturaA una Temperatura de 3 a 5 C en el fondo marino, solo se requiere de una presin de 150 a 175 psi

Elementos para formar Hidratos Gas Agua o Lquido Alta Presin Baja Temperatura

Problemas a causa de los Hidratos Perdida del Conductor Perdida del Pozo Inestabilidad de la Plataforma Brote



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Hidratos



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Consideraciones para la perforacin de pozos en aguas profundas Tirante de Agua Temperatura en el Fondo Marino Temperatura dentro del pozo en cada etapa Datos de presin en cada etapa del pozo Manifestacin de gas somero

Formacin de Hidratos Direccion de corrientes submarinas Direccion de oleaje



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Hidratos

Efecto de los hidratos: Formacin de Tapones en los sistemas hidrulicos Descontrol de Pozo (Taponamiento de lneas de matar y

estrangular) Mal Funcionamiento de preventores

Como prevenir los hidratos

Metanol Etileno Glicol Propileno Glicol Glicerol Polialkalino Glicol

Conclusiones

Los hidratos forman obstrucciones en los sistemas de desconexin del arreglo de preventores Forman tapones en las lneas de los preventores que contienen fluidos hidrulicos Los inhibidores ms comunes son el Glicol y Metanol



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Perfiles de Geopresiones en Aguas Profundas

Los perfiles de los gradientes de Presin de Poro, Gradiente de Fractura, Sobrecarga y Colapso de la formacin,son la base para determinar La Ventana Operativa. Esta sirve para disear la perforacin de cualquier tipo depozo petrolero

Al Incrementar el tirante de agua, el valor de laSobrecarga disminuye



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Perfiles de Geopresiones



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Perfiles de Presin de Sobrecarga



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ESFUERZOS EN LA FORMACIN

Esfuerzos horizontales mximo y mnimo, y esfuerzo vertical



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Esfuerzo mnimo

Se determina fsicamente con una prueba de goteo

Perforar 30 m debajo de la zapata para asegurar que se recupere formacin (No cemento)

Circular limpiando pozo verificando que la densidad del lodo sea uniforme en todo el sistema

Iniciar prueba de goteo bombeando fluido de perforacin de 1.75 gr/cc a un gasto constante de1/4 de barril por minuto anotando la presin correspondiente a cada de barril bombeado hasta

obtener tres lecturas de presin iguales donde se suspender el bombeo

Con pozo cerrado, observar la presin cada minuto durante 10 minutos y descargar presincuantificando el volumen de retorno



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Problemas de flujos de gas en la primera etapa

En reas donde se conozcan peligros a poca profundidad, es una prctica comn el perforar estos pozos conlodo densificado de sacrificio, con retornos al lecho marino

Panorama del inicio de la perforacin dela primera etapa

Jetteo:Usa un motor de fondo con una barrena de dientes maquinados y se ensamblan dentro de la TR de 30

El peso de la T.R. se hinca en la formacin.Generalmente se usa un motor de fondo de 9 5/8 con TR de 30 con estabilizadores de 26 pulgadas y unabarrena de 26 pulgadas para tener:

Alta velocidad, bajo torquePenetracin por fuerza de impactoEl peso de la T.R. que se aplica a la formacin vara de 10% a 80%

Las fuerzas laterales absorben la mayora del peso de la T.R. mientras se perfora/jetteando

La friccin se controla mediante reciprocacin (movimiento de tubera)La aplicacin del peso de la sarta reducir el dao a las paredes del agujero

Disminuye el tiempo de Reposo necesario

Generalmente se encuentra en rangos de 2 a 6 horasEl ngulo mximo permitido es de 1.5 de inclinacin para no tener problemas con el peso de los BOPs



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Riesgos de la perforacin de pozos en aguas profundas

Las dos primeras etapas son criticas debido a:

Erosin del lecho marino y el hueco. Pone en riesgo la estabilidad del pozo Reduce el soporte estructural del conductor Reduce la integridad de los preventores y el riser



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Herramientas recomendadas para perforar Sin Riser

LWDRegistros mientras se perfora Provee un registro en tiempo real de la formacin mientras se perfora

MWDMidiendo mientras se perfora Monitorea el ngulo y el azimuth del agujero mientras se perfora

Importante ya que la T.R. de 20 pulgadas debe quedar en posicin casi vertical

PWDPresin mientras se perfora Provee una lectura constante de las presiones actuales en el hueco mientras se perfora Las herramientas PWD miden el ECD del fluido en el espacio anular.

Ayuda a evitar la presin estimada de fractura de la formacin. El lodo debe estar circulado por el pulso para registrarlo en la superficie

Muy til en la seccin Sin Riser cuando se espera peligros a poca profundidad. Puede que no detecte influjos de agua a poca profundidad. EL R.O.V ayudar cuando las bombas

estn apagadas



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Objetivos de la cementacin

Obtener un sello hidrulico competente

Que no haya migracin de fluido detrs de la T.R. Proveer soporte estructural

Resistencia a la ruptura y desgaste de la T.R. Soporte para las T.Rs ms profundas Fuerza del cemento con Durabilidad a largo plazo Mantener el sello hidrulico y soporte estructural de por vida en el pozo



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Examen

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