Perforación IPerforación I

Universidad del Zulia

Abril de 2009

Tema I: Generalidades. 1ª Tema I: Generalidades. 1ª parteparte

Tema I Tema I Tópicos:

– Generalidades. La Industria Petrolera. Fases de una industria petrolera integral. Producción mundial y nacional. Clasificación de los pozos. Obtención de constantes de conversión en ecuaciones. Propiedades de los fluidos: Gravedad específica, peso específico, gravedad API, densidad, gradiente.

Tema I Tema I

¿Qué es lo que se desea? – Hacer un hoyo!– Pero debemos hacerlo de manera segura y

económica.

Generalidades

Muchas destrezas especiales se requieren para perforar un pozo de manera segura y económica.

Compañías de servicios, contratistas y consultores, cada uno con su propia organización, proveen servicios necesarios.

Existen grupos especializados de ingeniería de perforación en las grandes compañías petroleras.

Generalidades – cont.

Un pozo es “exploratorio” (wildcat), si su propósito es descubrir un nuevo yacimiento de petróleo o gas. El propósito de un pozo de “desarrollo” es explotar un yacimiento conocido.

Usualmente, el grupo de geología de la empresa recomienda las localizaciones de los pozos exploratorios, mientras que el grupo de ingeniería de yacimientos recomienda las localizaciones de los pozos de desarrollo.

Generalidades – cont.

El grupo de ingeniería de perforación hace los diseños de pozo y estimados de costos preliminares para la perforación propuesta.

Usualmente la perforación la realiza un contratista. Una vez la gerencia toma la decisión de perforar el pozo, el grupo de ing. de perforación prepara un diseño de pozo más detallado y establece los costos asociados.

Generalidades – cont.

Antes de que el contratista pueda comenzar, la localización en superficie debe ser preparada para acomodar todos los equipos (taladro, etc). Posiblemente sea necesario perforar pozos de agua, para suplir requerimientos para la operación.

Generalidades – cont.

Después de que la perforación comienza, la fuerza laboral para perforar el pozo y solventar cualquier problema que ocurra, se provee por (1) la empresa contratista, (2) la empresa operadora, (3) empresas de servicios y (4) empresas consultoras.

Generalidades – cont.

¿Para quién se perfora?

Los principales clientes de los servicios de perforación son las compañías petroleras. Hoy en día cualquier ciudadano de un país industrializado o en vías de desarrollo es un consumidor de petróleo o sus derivados. En última instancia, es para el consumidor que se perfora el pozo.

Generalidades – cont.

¿Quién hace el trabajo?

En los Estados Unidos, el 98% de los trabajos de perforación lo hacen contratistas especializados. El contratista debe contar con hombres y maquinarias en condiciones de ser enviados a localidades remotas, sin importar el clima ni condiciones de trabajo.

Este porcentaje es diferente en Venezuela, aun cuando la presencia de contratistas es fundamental.

Generalidades – cont.

¿Quién hace el trabajo?- cont.

Las grandes corporaciones petroleras generalmente contratan los servicios de perforadores especializados, aprovechando el personal, equipos, habilidad y experiencia técnica que sólo ellos pueden ofrecer.

Generalidades – cont.

¿Dónde se hacen perforaciones?

En todas partes del mundo. Se deben encontrar nuevos yacimientos para reemplazar los que se agotan y mantener la producción.

La experiencia ha demostrado que existen grandes yacimientos a diferentes profundidades en todos los continentes, así como bajo las aguas oceánicas.

Generalidades – cont.

¿Dónde se hacen perforaciones?

Generalidades – cont.

¿Dónde se hacen perforaciones?- cont.

Cada nuevo descubrimiento puede crear nuevos problemas de perforación y obliga a perfeccionar nuevas técnicas para superarlos. En las zonas árticas y en las selvas tropicales, los principales problemas son transporte de equipos y provisiones; en el Golfo de México, el problema principal lo constituyen los huracanes y tormentas tropicales.

Generalidades – cont.

¿Dónde se hacen perforaciones?- cont.

En el Mar del Norte, el principal problema lo constituyen las enormes olas y tempestades violentas que destruyen las plataformas.

No obstante estos problemas, el trabajo no se interrumpe.

Generalidades – cont.

¿Cómo se determina el punto donde perforar?

Para escoger el punto donde se debe perforar, la compañía operadora considera (1) las probabilidades de encontrar hidrocarburos en un sitio determinado, según los estudios de geólogos y geofísicos, (2) la existencia previa de contratos o convenios favorables que garanticen derechos de perforación y producción y (3) la disponibilidad de capitales para financiar la obra.

Generalidades – cont.

¿Cómo se prepara el lugar de la obra?

Antes de llamar a licitación a los contratistas, la compañía operadora establece las especificaciones del contrato de perforación, que generalmente incluyen la fecha de inicio de los trabajos, profundidad a alcanzar, formaciones a perforar, diámetros que el pozo y la tubería deben tener en determinados puntos, programa de lodo, programas de registros, obtención…

Generalidades – cont.

¿Cómo se prepara el lugar de la obra?- cont.

…de muestras de la formación, programa de revestimiento y cementación, el ensayo previo de terminación del pozo y la fecha final de terminación, cuando es posible fijar este último detalle con anticipación.

Una vez estacado el sitio exacto del pozo, se debe acondicionar el lugar para instalar el taladro y alistar los depósitos de materiales y el…

Generalidades – cont.

¿Cómo se prepara el lugar de la obra?- cont.

…complejo de servicios necesarios para las operaciones de perforación. Para el lodo, se instalan tanques metálicos especiales, en lugar de formar estanques con diques de arena, como se usaba en el pasado.

Generalidades – cont.

Generalidades – cont.

¿Cómo se moviliza el equipo de perforación?

Se puede desplazar una torre completa, sin necesidad de desarmarla, deslizándola de un sitio a otro, limitándose a quitarle algunas partes para reducir su peso total. Esta maniobra es posible por cortas distancias en terrenos planos y ofrece la ventaja de reducir considerablemente el tiempo de desarmada y rearmada.

Generalidades – cont.

¿Cómo se moviliza el equipo de perforación?- cont.

Para transportar una torre desarmada totalmente, se necesitan camiones pesados e intervención de especialistas.

Para armar torres sobre plataformas – cuya altura debe ser de 60 pies superior al nivel de las olas para reducir el impacto de las aguas en caso de huracanes – se emplean grúas de gran potencia…

Generalidades – cont.

¿Cómo se moviliza el equipo de perforación?- cont.

…instaladas sobre barcazas de fuerte calado, que levantan los equipos y los colocan sobre la plataforma. Cuando se debe desplazar una barcaza de aguas interiores, se sueltan anclas y los amarres de los pilotes que la mantienen en su lecho y se vacían los tanques de lastre; una vez la barcaza flota, los remolcadores la llevan a su nuevo sitio de trabajo.

Generalidades – cont.

¿Cómo se moviliza el equipo de perforación?- cont.

Para remolcar cerca de la costa o en alta mar las plataformas sumergibles y otras estructuras flotantes, se usan métodos similares. Los barcos especiales equipados con torre y las plataformas móviles navegan por su propia fuerza motriz, pero la mayoría de las plataformas oceánicas de gran tamaño son trasladadas por medio de remolcadores.

Ejemplo de movilización (Plataforma Spar )

Plataforma Instalalda

Generalidades – cont.

¿Cómo se moviliza el equipo de perforación?- cont.

En localidades muy remotas del Ártico o de las selvas tropicales, donde no existen carreteras, para movilizar equipo pesado se emplean helicópteros y aviones de carga.

Finalmente, se realiza la “armada” de la instalación: Se refiere a las operaciones para poner el equipo en condición de trabajar.

Pasos para Perforar un Pozo de Gas/Petróleo

1. Obtener información sísmica, registros, u otra información requerida.

2. Alquilar la tierra u obtener concesión.3. Calcular reservas o estimar desde

información disponible. 4. Si estimados de reservas son

satisfactorios, proceder con perforación de pozo.

Pasos para Perforar…(cont.)

5. Obtener permiso de autoridades.6. Preparar programa de perforación y

completación.7. Si es necesario, modificar programa para

adecuarlo a equipo de contratista seleccionado.

8. Construir la vía o camino, localización/plataformas y otro equipo marino, necesario para acceder al sitio.

9. Convocar todo el personal involucrado para reunión previa al comienzo de la perforación.

10. Si es necesario, modificar el programa de perforación.

11. Perforar el pozo.

Pasos para Perforar…(cont.)

12. Mover equipo de contratista si unidad de workover va a completar el pozo.

13. Completar pozo.14. Instalar facilidades de superficie.15. Análisis de operaciones con personal

involucrado.

Pasos para Perforar…(cont.)

Fases de la industria petroleraFases de la industria petrolera

Exploración– Geología, geofísica, prospección sísmica…

Perforación– Fluidos de perforación, sartas de perforación,

tecnologías de control direccional…Evaluación de formaciones

– Evaluación petrofísica, geológica, pruebas de producción…

Fases de la industria petroleraFases de la industria petrolera

Producción (Extracción)– Flujo natural, levantamiento artificial, estaciones de

flujo, facilidades de superficie… Transporte

– Oleoductos, gasoductos, tanqueros… Refinación y/o Criogenia

– Refinerías, derivados del petróleo, procesamiento del gas…

Ventas– Transacciones nacionales e internacionales…

Clasificación antes de la perforación

Clasificación después de la perforación

Objetivo Área donde se perfora

A (Exploratorios)

Resultado positivo B

(Productor)

Resultado negativo C

(Seco) Dentro del

área probada 0 de

desarrollo 0 de

desarrollo 0 de

desarrollo Para

desarrollar y extender

yacimientos Fuera del

área probada 1 de

avanzada 1 de

extensión 1 de

avanzada

2a de

yacimientos superiores

2a descubridor

de yacimientos superiores

2a exploratorio

de yacimientos superiores Dentro del

área probada 2b de

yacimientos profundos

2b descubridor

de yacimientos profundos

2b exploratorio

de yacimientos profundos

Para descubrir nuevos

yacimientos en

estructuras o formaciones

ya productivas Fuera del

área probada

2c de nuevos yacimientos

2c descubridor de nuevos

yacimientos

2c exploratorio de nuevos

yacimientos Para

descubrir nuevos campos

Áreas nuevas

3 de nuevo campo

3 descubridor

de nuevo campo

3 exploratorio de nuevo campo

Clasificación de los Pozos Clasificación de los Pozos

Área probada Área no probada

Superficie

Falla

A-3 A-2a

A-0 A-1 A-2c A-2b

Clasificación de los Pozos Clasificación de los Pozos

Obtención de Constantes de Obtención de Constantes de ConversiónConversión

Es importante conocer la manera de obtener constantes de conversión presentes en ciertas ecuaciones de uso frecuente, como:

)()/(052.0)( piexhgallbxlpcP

Como puede observarse, esta ecuación no es consistente. Gracias al número 0.052, es posible obtener la presión en lpc, trabajando con valores de densidad en lbs/gal y de profundidad en pies. Veamos un procedimiento para obtener la constante de conversión:

Obtención de Constantes de Obtención de Constantes de Conversión (cont.)Conversión (cont.)

Comencemos por un caso sencillo; formulemos la ecuación:

Esta es la ecuación del vol. de un tanque de dimensiones L1, L2 y L3. Si estas tres dimensiones fueran, por ej., cm, entonces V se obtendría en cm3.

Supongamos que se desea obtener V en barriles, mientras que las longitudes se expresan en pies:

321 xLxLLV

KxBA

Obtención de Constantes de Obtención de Constantes de Conversión (cont.)Conversión (cont.)

Donde:

33

33

129.6

1001

mBlsx

cmmxcmVA

cmpiecmxL

cmpiecmxL

cmpiecmLB

103281.03

103281.02

103281.01

De manera que: 178.0BAK

Finalmente:)(,321178.0)( piedondeLxLxLxLblsV

Principios básicos sobre líquidos Principios básicos sobre líquidos

En las operaciones de perforación se trabaja con un fluido cuyas propiedades difieren de las del agua, las cuales deben variar de acuerdo a las condiciones de operación y a las características de la zona donde se perfora. Sin embargo, todas estas propiedades toman como referencia las propiedades del agua, es decir, todos los líquidos toman como punto de referencia el agua.

Densidad de un fluidoDensidad de un fluido

Se define como la masa de un fluido por unidad de volumen.

Vm /

Valores de densidad del agua en condiciones normales.

62.4 lb/pie3 1 gr/cm3 8.33 lb/gal

350 lb/bl 1000 gr/lt

Gravedad APIGravedad APIGravedad específica de referencia en la comercialización de hidrocarburos. Se toma como valor referencial la gravedad API del agua, con un valor de 10. La ecuación a utilizar para relacionar gravedad específica con gravedad API, es:

APIG

º5.1315.141´

Por gravedad específica se entiende la relación entre la densidad de un fluido y la densidad de un fluido patrón.

10

0

20

3040 50 60

70

80

90

100

PSIG

Es la fuerza aplicada por unidad de área

P = F/A

En unidades de campo, se expresa en

Libras por Pulgadas Cuadradas Lppc

FUERZA

AREA

PresiónPresión

Altu

ra d

e la

Col

umna

de

Liqu

ido

PRESIÓN HIDROSTÀTICA

Es la presiòn ejercida por una columna de líquido estático en un pozo, depende de la densidad y la altura de la columna del fluido. Alcanza su máximo valor en el fondo del hoyo

Puede verse afectada por:

Efecto Succión al sacar la tubería

Falta de lodo el hoyo (Perdida de circulación)

Ph

Ph = 0,052*h*ρ

DONDE:DONDE:Ph = Presión Hidrostática (Lbs/PlgPh = Presión Hidrostática (Lbs/Plg22 ) )h = Altura de la h = Altura de la columna de lodo ( Pies ) de lodo ( Pies )ρ = Densidad del lodo (Lbs/Gal ) = Densidad del lodo (Lbs/Gal )

PresiónPresión

Gradiente de PresiónGradiente de Presión

Consiste en la variación de la presión por unidad de longitud; se expresa normalmente en lpc/pie

¿Cuál será la densidad del agua de G´= 1.07?

Solución:

Ejemplo 1:Ejemplo 1:

gallbsgallbsx /913.8/33.807.1

¿Cuál será la gravedad específica de un fluido, cuyo gradiente de presión es 0.500 lpc/pie?

Solución: La gravedad específica también es la relación entre el gradiente de presión de un fluido y el gradiente de presión de un fluido patrón, es decir:

Ejemplo 2:Ejemplo 2:

154.1/433.0/500.0´

pielpcpielpcG

¿Cuál es la densidad en lbs/pie3, de un fluido cuyo gradiente de presión es 0.400 lpc/pie?

Solución: El gradiente de presión puede transformarse en términos de densidad de la siguiente forma:

Ejemplo 3:Ejemplo 3:

32

2

2 /6.57lg144lg

400.0 pielbspiepux

xpiepulbs

¿Qué presión se espera en el fondo de un pozo de 8000 pies de profundidad, si está lleno de lodo de densidad igual a 10 lbs/gal?

Solución: La presión en el fondo es generada por la columna de fluido sobre dicho punto, es decir:

Ejemplo 5:Ejemplo 5:

Pfondo=?

=10 lb/gal

.Pr.Pr ofxGradesión

piepiexlpcxgallb

gallb 8000/433.0/33.8

/10

lpcpiepiexlpc 41588000/520.0