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D I P L O M A D O“ACTUALIZACIÓN EN INGENIERÍA PETROLERA”

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INTRODUCCIÓN A LA PERFORACIÓN CONVENCIONAL Y NO CONVENCIONAL

Desarrollado por:

M. en C. David Velázquez Cruz

JULIO DEL 2010

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INTRODUCCIÓN

La perforación de pozos es el proceso de construir un pozo con la finalidad de alcanzar elyacimiento de petróleo.

Para construir un pozo, se requiere de la integración de principios de ingeniería, filosofíaspersonales o corporativas, experiencia e información relacionada con el pozo a perforar.

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¿QUE ES PERFORACIÓN DE POZOS?

La operación de perforación puede ser definida como el proceso de “HACER UNAGUJERO”, es decir, un pozo cuyo objetivo es alcanzar el yacimiento (rocaalmacenadora) y conducir los hidrocarburos a la superficie.

Así de simple como parece la definición, la operación de hacer un agujero es una tareabastante compleja, delicada y costosa, por lo que debe ser planeada y ejecutada de talmanera que se efectúe en una forma segura y eficiente, para que finalmente se obtenga unpozo al mínimo costo y que permita conducir los hidrocarburos a la superficie.

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ORGANIZACIÓN DE PERFORACIÓN

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LA PERFORACIÓN Y OTRAS DISCIPLINAS

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TECNOLOGÍAS DE PERFORACIÓN DE POZOS

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INTRODUCCIÓN

Durante mucho tiempo, la Industria Petrolera consideró a la Perforación de Pozos como un “arte” olabor artesanal y no como una ingeniería. En los inicios de la perforación esto era justificable debidoa que se dependía en gran medida de la experiencia y la capacidad de los perforadores, de suhabilidad y conocimiento de las herramientas, y destreza para emplearlas, así como de sus vivencias.

A partir de los 40’s se inicia la aplicación de la Ciencia a la Perforación de Pozos, se crean nuevosdesarrollos, se invierte y dedica personal a la investigación, y se modernizan los equipos. Paraalcanzar cierto nivel de desarrollo, se requirió de la conjunción de varias ramas de la ingeniería comoson la mecánica, civil, electrónica, la química entre otras., las cuales al conjugarse dentro de laIndustria Petrolera dieron origen a una Tecnología de Perforación de Pozos.

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DESARROLLO DE LA PERFORACIÓN ROTATORIA

Las primeras patentes relacionadas conmétodos de perforación rotatoria fueronpublicadas por Robert Beart en Inglaterraen 1844. El sistema de circulacióndescrito en la patente de Beart, involucrael uso de agua la cual era inyectada por elespacio anular y regresaba por el interiorde una tubería hueca con todo y recortes.

El uso de agua para remover los recortesdel agujero de manera continua fuepublicado por Fauvelle, un ingenieroFrancés en 1845. Sin embargo, Fauvellebombeo agua a través de tubería huecapero utilizando el método de percusión.

El desarrollo de la perforación rotatoriapuede ser dividido en cinco periodos(Chilingarian, 1981).

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PERIODO DE ORIGEN (1888-1928)

Máquina de vapor, energía más utilizada.

Equipo rudimentario, torres de madera.

Principio de la perforación rotatoria(Spindletop, 1901, >80,000 bpd).

Primeras barrenas de conos (dos conos, Sharp& Hughes, 1908).

Primeras bombas de lodos (1910, movidas convapor, 250 gpm).

Fluidos de perforación (Arcilla-Agua-Barita,1920).

Inicio del uso de tubos revestidores y prácticasde cementación (Halliburton 1904).

En México se perforó el pozo La Pez No.1(1904, 1500 bpd).

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PERIODO DE DESARROLLO (1928-1948)

Se inician las pruebas a los fluidos deperforación (densidad, viscosidad, pérdidade agua, 1930-1935)

Empieza el concepto de toberas paraincrementar la penetración (barrena dearrastre, 1930)

Introducción de barrenas tricónicas(Hughes Tool Co., 1935)

Se inicia a usar bentonita como medio desuspensión de la barita (Harth, 1935)

Inicia el estudio de la tuberías derevestimiento (Holmquist, 1939)

Prácticas de cementación mejoradas(tiempo de fraguado, Farris, 1946).

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PERIODO CIENTÍFICO (1948-1968)

Investigación sobre las variables queafectan la perforación (Moore, 1958).

Introducción de la hidráulica de laperforación (Diseño de toberas, Eckel,1951. Caídas de presión, Dodge, 1957-1963. HHPb, Fb, Vn, Goins, 1960)

Mejoramiento en la barrenas (insertos decarburo de tungsteno, baleros sellados,chumaceras)

Inicio del uso de la computadora en laperforación (Programas de computación,Schuh, 1964)

Se inicia el estudio de la predicción degeopresiones (Exponente “d”, Jorden,1966. Hottman, estimación de la presiónde formación,1965)

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PERIODO AUTOMATIZACIÓN (1968-1985)

Se introduce el concepto de Planeación dela perforación

Se introduce el motor de fondo.

Utilización del MWD

Automatización del equipo y manejo delfluido de perforación

Control de las variables de perforación(psb, rpm, rop)

En los fluidos se incorporan lospolímeros, nuevos productos químicos,aditivos, etc.

Se aplica la tecnología por computadora.

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PERIODO PERFORACIÓN NO CONVENCIONAL (1985-ACTUAL)

Tecnologías para Perforación:

Horizontal

Multilateral

Alcance extendido

Diámetro Reducido

Aguas profundas

Bajo Balance

Toma y Procesamiento de Información aTiempo Real.

LWD, PWD, SWD

Robótica

Perforación Láser

Equipos Ergonómicos

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¿EN QUE DIRECCION?

OBJETIVO

PERFORACIÓN

COSTO-EFECTIVA

NATURALMENTE

FRACTURADOS

AGUAS PROFUNDAS

ARCILLOSOS

GAS

ALTA PRESIÓN Y

TEMPERATURA

ULTRAPROFUNDOS

ALTO CONTENIDO DE

H2S Y CO2

DEPRESIONADOS

TECNOLOGÍA NO

CONVENCIONAL

(Horizontal, Bajo Balance,

Multilateral, etc)

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¿CUAL ES EL INTERES DE LA INDUSTRIA?

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TECNOLOGÍAS DE PERFORACIÓN DE POZOS

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PERFORACIÓN CONVENCIONAL

La perforación convencional de pozos es aquella que se realiza sobrebalance, congeometrías estandarizadas y tecnologías maduras.

Los pozos que se construyen pueden ser verticales o direccionales. Sin embargo, tambiénpuede ser aplicada en intervalos específicos.

Cuando el conocimiento del área a permitido establecer una plataforma tecnológicaoptimizada, las prácticas de ingeniería y de operación deben realizarse de maneraextensiva y rutinaria.

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PERFORACIÓN CONVENCIONAL (cont..)

El record de profundidad lo tiene el pozoKola SG-3 perforado en Rusia de 1970 a1989 a una profundidad de 12,262 m.Suobjetivo fue la investigación científica dela corteza terrestre.

Aun se tienen problemas técnicos como:

Estabilidad de agujero.

Capacidad de acarreo.

Pérdidas de circulación.

Calidad de los fluidos de control.

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PERFORACIÓN DIRECCIONAL

La perforación direccional ha sido descrita como: “El arte y ciencia involucrada en ladesviación de un agujero dentro de una dirección específica para alcanzar un objetivopredeterminado en el subsuelo”.

El primer registro de un pozo deliberadamente desviado para alcanzar su objetivo fue enHuntington Beach, California, a principios de 1930.

En esta ocasión, se colocó un equipo en tierra y perforar un pozo desviado para atravesarel lecho marino y alcanzar el objetivo. Esto fue el inicio de la perforación direccionalcomo se conoce en nuestros días.

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PERFORACIÓN HORIZONTAL

Un pozo horizontal se define como un pozoperforado desde la superficie, el cual se vadesviando desde la vertical hasta alcanzar unadesviación de mas de 75 ° y penetrar alyacimiento con una sección completamentehorizontal (90°).

Las primeras patentes para perforar lateraleshorizontales datan desde 1920, sin embargo lasherramientas y dispositivos eran demasiadocomplicados y nunca fueron completamentedesarrollados.

En los 40’s y 50’s se utilizaron herramientaspara perforar pozos horizontales de radio corto,sin embargo, con el desarrollo delfracturamiento hidráulico, esta actividaddesapareció.

El interés de la perforación horizontal resurgióen los 70’s, debido a las expectativas de lograrmayores índices de productividad,inyectividad y eficiencia de barrido.

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PERFORACIÓN HORIZONTAL (cont…)

Los pozos horizontales tienen la ventajade multiplicar la producción de 3 a 10veces, respecto a un pozo vertical, y estose debe a que exponen mucha mayor áreadel yacimiento hacia el pozo. Lasprincipales ventajas de perforar un pozohorizontal son:

Explotar áreas no drenadas del yacimiento.

Reducir la conificación de agua y gas.

Incrementar la recuperación dehidrocarburos a lo largo de la vida delyacimiento.

Reducir el número de pozos para explotarel yacimiento.

En México se han perforado pozoshorizontales en los campos: Agua Fria,Cantarell, Abkatun, etc.

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PERFORACIÓN MULTILATERAL Y RAMIFICADA

Un pozo multilateral es aquel que tienedos o más laterales perforados a partir deun pozo común o principal. Estos lateralespueden ser horizontales o desviados.

Los pozos ramificados son aquellos quese derivan a partir de un lateral, y puedenser verticales, horizontales, desviados ouna combinación.

El primer pozo de este tipo se perforo enRusia, sin embargo, no se documentohasta finales de los 80’s.

Los pozos multilaterales pueden serutilizados como una estrategia para pozosnuevos, así como para pozos ya existentesen yacimientos de aceite y gas.

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PERFORACIÓN DE ALCANCE EXTENDIDO

Los pozos de alcance extendido son aquellos que tienen una relación desplazamientohorizontal / profundidad vertical verdadera (DH / PVV) mayor a 2.

Aunque debido a los avances tecnológicos actuales, se perforan con mayor frecuenciapozos con relaciones mayores a 3.5. Esto no limita el tipo de trayectoria que puedan tener,es posible planearlos tanto como pozos direccionales o como horizontales, dependiendode las condiciones geológicas y de la infraestructura en la superficie.

La perforación de Alcance Extendido se puede usar para alcanzar un blanco localizadodebajo de un área de entorno sensible y puede ofrecer la manera más económica dedesarrollar campos cercanos a la costa, lugares urbanos y zonas ecológicas protegidas.

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PERFORACIÓN DE ALCANCE EXTENDIDO (cont..)

Las principales ventajas de utilizar estatecnología son:

Radios de drene extendidos, maximizandola recuperación.

Incremento en los flujos de aceite y en larecuperación final de un campo.

Reducción en el número de plataformas ypozos requeridos

Desarrollo de yacimientos someroscostafuera desde una localizaciónterrestre, sin una plataforma marina y porconsiguiente, reduciendoconsiderablemente los costos y el impactoal medio ambiente.

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PERFORACIÓN DE POZOS BAJO BALANCE

La búsqueda de nuevas tecnologías y el mejoramiento de etapas para la optimización depozos petroleros, ha generado una técnica que maneja un principio radicalmente opuestoal de perforación convencional. . La perforación de pozos se puede clasificar de acuerdo ala diferencia de presión que existe entre la presión ejercida por los fluidos de perforación yla presión de poro. Esta diferencia de presiones, es conocida como presión diferencial ypuede ser positiva (condición sobre balance o convencional), igual a cero (condición enbalance), o negativa (condición bajo balance).

La perforación bajo balance es “Toda aquella operación de perforación en la que sepresenta la afluencia de fluidos de la formación hacia el pozo, mientras se circula y semantiene controlada la presión en superficie”.

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PERFORACIÓN DE POZOS BAJO BALANCE (cont…)

El surgimiento de esta técnica en la década de los 50’s, se puede atribuir a la utilizacióndel aire como fluido de perforación, sin embargo, se tienen registros de pozos perforadoscon gas natural o con lodos gasificados desde 1934 hasta 1938, en donde el objetivo deutilizar estos fluidos era el evitar las pérdidas de circulación.

La primera aplicación de la perforación bajo balance como tal, ocurrió en la formaciónAustin Chalk, de los Estados Unidos de América, en 1988.

Desde 1990, han sido numerosos los esfuerzos para extender y aplicar esta tecnología enCanadá, siendo este uno de los países que mayores aportaciones han hecho en su estudio yaplicación. En México inicio su aplicación en 1995, en campos de la División Sur.

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PERFORACIÓN DE POZOS EN AGUAS PROFUNDAS

Según el MMS (Mineral Management Services) de Estados Unidos:

Aguas Profundas > 300 m

Aguas Ultra Profundas > 1500 m

El record de perforación: tirante de agua de 3,050 m, Pozo Toledo#1 perforado por el barcoDiscoverer Deep Seas de la Compañía TransOcean.

El record de profundidad alcanzada en aguas profundas es de 10,411 m de profundidad vertical en untirante de agua de 1000 m, pozo Knotty Head.

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EQUIPOS PARA PERFORAR Y PRODUCIR EN AGUAS PROFUNDAS

Los equipos marinos se dividen enaquellos que son exclusivamente paraperforar, para perforar-producir yaquellos cuyo propósito es soloproducir.

Perforación

Semi-sumergible

Barco

Sistemas de Perforación-Producción

Plataformas Fijas

Acero

Torres Flexibles (compliant tower)

Sistemas Flotantes

TLP (Piernas Tensionadas)

Spar

Sistemas de Producción

Mini TLP

FPS (Floating Production System)

FSO (Floating Storage and Offloading)

FPSO (Floating Production Storage and Offloading)

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PERFORACIÓN DE POZOS DE DIÁMETRO REDUCIDO

Un pozo de diámetro reducido se definecomo “ a quellos pozos con un agujero de4 3/4 pg o menor, existen otrasdefiniciones que definen el termino“pozos de ultra diámetro reducido” paraquellos pozos perforados con diámetrosmenores a 3 pg.

El interés en la perforación de pozos dediámetro reducido a fluctuado. Laspublicaciones sugieren que el interés se hadado en los 40’s, mediados de los 50’s yprincipios de los 60’s, mediados de los80’s y hasta la actualidad.

Los avances en la tecnología deperforación de pozos de diámetroreducido ha permitido a las compañíaspetroleras reducir costos en la perforacióny terminación de los pozos de hasta un75%.

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PERFORACIÓN CON TUBERÍA FLEXIBLE

La perforación con tubería flexible utiliza unacolumna continua de tubería flexible para perforar. Adiferencia de la tubería de perforación, la cual debeser roscada para formar la sarta de perforación, latubería flexible viene en un carrete que se desenrolla amedida que la perforación progresa, y es enrollada ensu carrete durante los viajes.

El empleo de tubería flexible facilitaconsiderablemente el descenso y la recuperación de lasarta de perforación.

Actualmente, el empleo de la tubería flexible abarcadistintas operaciones y servicios, entre los cuáles seincluyen:

Perforación de pozo.

Limpieza de pozos y operaciones de estimulación.

Cementaciones, colocación de tapones y taponamientosde abandono

Operaciones de pesca.

Servicios de herramientas transportadas con tuberíaflexible.

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PERFORACIÓN CON TUBERÍA FLEXIBLE (cont..)

Los equipos y técnicas con tuberíaflexible presentan numerosa ventajas conrespecto a las unidades de perforaciónconvencionales. Entre las principalesventajas se encuentran:

Tiempos de viaje reducidos

Bajo costo de movilización

Se pueden realizar operaciones con elpozo fluyendo.

La utilización de la tubería flexible es unaalternativa para intervenir yacimientosmarginales, pozos de difícil acceso eintervenciones someras con mayorrapidez.

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PLANEACIÓN DE LA PERFORACIÓN

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INTRODUCCIÓN

La industria de perforación de pozos hacambiado desde que se perforó el primerpozo con tecnología rotatoria enSpindletop, Texas en 1901. Las fuerzasque conducen a la innovación y mejora enlas tecnologías son:

Las Económicas.

La “Hostilidad” del sitio a perforar.

Las Regulaciones Gubernamentales.

En las figuras se muestra un campo enaguas profundas y un derrame depetróleo. La “hostilidad” o dificultad parael desarrollo del campo o sitio a perforar ylas regulaciones ambientales, hacen quese incrementen los costos debido altiempo y tecnología utilizada. Esto es loque impulsa la innovación y las mejoras.

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PREMISAS DE LA PERFORACIÓN DE POZOS

En la perforación de pozos existen dos puntosclave que permiten perforar un pozo de maneraeficiente y costeable, por lo que la planeacióndebería ser enfocada a esos puntos:

Maximizar la penetración, lo que estárelacionado con:

La óptima selección de la barrena y la sarta deperforación;

La optimización de los parámetros deperforación;

Una adecuada planeación y diseño de laperforación y;

Una buena supervisión y ejecución de lasoperaciones.

Evitar y resolver los problemas inherentes ala perforación.

Ejecutar el trabajo adecuadamente (bajo unplan);

Evitar las operaciones no planeadas (aunqueahorren trabajo), ya que generalmente conducena problemas innecesarios.

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RETOS INHERENTES DE LA PERFORACIÓN

El maximizar la velocidad de penetracióntrae como consecuencia retos inherentes,que si no se consideran en la planeación yel diseño del pozo, conllevan a unincremento en el tiempo y costo de laperforación.

En figura de arriba se muestra una gráficade tiempo contra profundidad en la que sepuede apreciar el incremento en el tiempodebido a problemas durante laperforación.

La figura de abajo esquematiza unproblema de limpieza de agujeroocasionado por maximizar la penetración,sin considerar la capacidad del fluido deperforación para transportar los recortesde roca, lo que ocasionará un problema enel pozo y con el consecuente consumo detiempo para resolverlo.

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¿QUE NECESITA LA PERFORACIÓN EXITOSA?

El éxito de la perforación de un pozoesta determinado por:

El “esfuerzo” empleado para producirel mejor plan posible para construir elpozo.

La “supervisión” de las operacionesde perforación.

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PLANEACIÓN DE LA PERFORACIÓN

La planeación de la perforación es el concepto de crear el diseño del pozo, el programade operación y el programa de supervisión, previo al inicio de las actividades directas enla generación del pozo.

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OBJETIVO DE LA PLANEACIÓN

El objetivo de la planeación es la de formular un programa para perforar un pozo, el cualtenga las siguientes características:

Que sea Seguro

Que sea Económico (Costo Mínimo)

Que sea Utilizable.

La Seguridad, debería ser la prioridad más alta en la planeación de pozo. Lasconsideraciones del personal deben ser consideradas más importantes a otros aspectos delplan, ya que si no es así, se podría tener como resultado la pérdida de vidas. La segundaprioridad involucra la seguridad del equipo y el pozo. La planeación debe ser diseñadapara minimizar el riesgo de reventones y otros factores que podrían causar problemas.

Minimizar el Costo es un objetivo valido dentro del proceso de planeación, siempre ycuando no se menosprecien los aspectos de seguridad. En la mayoría de los casos, el costopuede reducirse a cierto nivel dependiendo del detalle de la planeación del pozo. No esnecesario construir “Monumentos de Acero” en nombre de la seguridad si esto no serequiere. De otra manera, el dinero debe ser gastado en lo necesario para construir unsistema seguro.

Perforar un agujero hasta un objetivo determinado no es completamente satisfactorio si alfinal, la configuración del pozo no permite su utilización, es decir, que el diámetro no seael adecuado para permitir que se realice un adecuada terminación o que la formación esteirreparablemente dañada.

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ADQUISICIÓN Y REVISIÓN DE INFORMACIÓN

El proceso inicia con la solicitud del pozo, elcual es el documento donde se solicitaformalmente la perforación, generalmentecontiene:

Objetivo del pozo (exploratorio, desarrollo,reparación)

Programa de ejecución (calendario estimado)

Evaluaciones que se desean realizar

Tipos de registros geofísicos de pozo por etapa

Programa de toma de núcleos

Pruebas de producción requeridas.

Datos básicos para el diseño del pozo

Localización del pozo.

Correlaciones geológicas estructurales ylitológicas.

Gradiente de temperatura.

Geopresiones estimadas y de pozos decorrelación.

Programa direccional (trayectoria del pozo)

Tipo de terminación y los accesorios necesarios.

Intervalos a disparar y tipo de disparos.

Programa de estimulaciones y de introducciónde sistemas artificiales de producción.

Presiones y temperaturas esperadas en elyacimiento.

Composición de los fluidos del yacimiento (H2So CO2)

Tipos de cabezales

Tipos de fluidos de perforación y terminación autilizar.

Cualquier otro dato útil para el diseño del pozo.

Firmas de autorización

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ADQUISICIÓN Y REVISIÓN DE INFORMACIÓN (cont..)

El aspecto más importante en la preparación dela planeación del pozo y la subsiguienteaplicación de la Ingeniería de Perforación, esdeterminar las características y problemas quepueden ser encontrados en el pozo. Pararealizar lo anterior es necesario recopilar yverificar los estudios geológicos ysismológicos del área, así como información decampos o pozos cercanos. En forma general lainformación mínima que debería ser revisadaes la siguiente:

Correlaciones geológicas y sísmicas.

Registros de barrenas.

Datos de pruebas realizadas a pozos decorrelación.

Registros de presiones de fondo.

Reportes de fluidos de control.

Registro de tuberías de revestimiento ycementaciones.

Reportes diarios de perforación de pozo decorrelación para identificar riesgos y zonasproblema.

Registros geofísicos de pozo.

Trayectorias de pozos.

Tipos de terminaciones Rusk, 2002

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ANÁLISIS DE INFORMACIÓN Una vez recopilada y revisada la información, se deberá realizar el análisis de los datos. Este deberá enfocarse a

dos puntos esenciales.

Preparar resúmenes de la información de perforación y problemática por etapa de los pozos de correlación.

Elaborar un listado con los puntos importantes del análisis.

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ANÁLISIS DE INFORMACIÓN (cont..)

Una vez terminados los resúmenes deperforación y la correlación estructural, sedeberán listar todos los problemas encontrados(pegadura y atrapamiento de tubería, pérdidasde circulación, derrumbes del pozo, flujos degas y agua, etc.) y para cada problema, realizarun análisis y establecer:

¿Cuales fueron los factores que contribuyeron ala generación del problema?

¿Como puede ser eliminado o minimizado elproblema?

¿Que acciones se tomarán si el problema sepresenta en el pozo de tal manera que se elimineo minimice?

Al proceso para resolver esas interrogantes sele conoce como optimización de laperforación. Al llevar a cabo esto, mejorará latoma de decisiones, lo cual será plasmado en eldiseño del pozo y el programa operativo deperforación.

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OPTIMIZACIÓN DE LA PERFORACIÓN

La optimización, es el proceso deencontrar el conjunto de condicionesrequeridas para la obtención de losmejores resultados.

La optimización de la perforación, es elproceso lógico de analizar las variablesinvolucradas en la perforación de pozospara maximizar la eficiencia de lasoperaciones involucradas.

El análisis deberá realizarse de maneraestadística, experimental y mediantemodelación físico-matemática.

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FILOSOFÍA DE LA PERFORACIÓN OPTIMIZADA

La filosofía de la perforación optimizadaconsiste en emplear como base, los datosy experiencias obtenidos en el primerpozo perforado, para determinar y aplicartécnicas adecuadas para la perforación delos pozos subsecuentes; de tal manera queel costo total de perforación sea reducidoal mínimo.

La figura muestra un primer acercamientoa la optimización. Realizando cada vezmás ensayos deberán obtenerse mejoresresultados, hasta que se alcance unaplataforma de eficiencia, la cualpermanecerá relativamente constante.Esto no significa que la “verdadera”optimización se haya alcanzado, sino quese ha establecido una norma operacionalpara el campo en particular.

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LÍMITE TÉCNICO

El límite técnico, se puede definir comoel proceso para alcanzar el óptimodesempeño, revisando y aplicando lasmejores prácticas de ingeniería a lasoperaciones de perforación y terminaciónde los pozos.

El realizar un análisis de límite técnicotiene como objetivo reducir tiempo ycosto del proceso.

Para identificar aquellos puntos aoptimizar, o para establecer su límitetécnico, se realiza un análisis del tiemporeal de las operaciones de perforación yterminación.

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TIEMPOS REALES DE PERFORACIÓN

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DISEÑO DE LA PERFORACIÓN DEL POZO

El diseño de la perforación, es el proceso de ingeniería que se realiza para establecer lascaracterísticas estructurales del pozo; los materiales, herramientas y equipos a utilizar; ylas técnicas y tecnologías de perforación, evaluación y terminación del pozo. La figuradescribe el proceso de diseño de la perforación un pozo.

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PROCESO DE DISEÑO DE LA PERFORACIÓN DEL POZO

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ANÁLISIS DE GREOPRESIONES

La evaluación cuantitativa de losgradientes de presión de sobrecarga, deformación y de fractura juega un papelmuy importante dentro de la perforaciónde pozos petroleros. Constituyen la basefundamental para la óptima programaciónde las densidades del lodo de perforacióny profundidades de asentamiento de lastuberías de revestimiento. Las presionespresentes en el subsuelo o geopresiones seclasifican en:

Presión de confinamiento o sobrecarga.

Presión de formación o poro.

Presión de fractura

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ASENTAMIENTO DE TR’s Y GEOMETRÍA DEL POZO

La selección de la profundidad de asentamiento de latubería de revestimiento (T.R.), es una de las másimportantes tareas en el programa de planeación ydiseño de los pozos petroleros.

La selección de la profundidad de asentamiento, serealiza primeramente para la sarta más profunda queserá introducida en el pozo y sucesivamente desde lamás profunda hasta la superficial.

La determinación del peso del lodo (densidad), paracontrolar las presiones de formación sin fracturar lasformaciones superiores, es el primer criterio para laselección de la profundidad de asentamiento. Esteprocedimiento se implementa desde el fondo hacia lasuperficie.

Los diámetros de las tuberías de revestimiento y de labarrena empleada para la perforación del intervalo,deben ser seleccionados de manera que se cuente conun espacio adecuado (espacio libre), para las distintasoperaciones que se lleven a cabo en el pozo:perforación, producción y mantenimiento.

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TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO

Son tuberías que constituyen el mediocon el cual se reviste el agujero que seva perforando.

El objetivo de las tuberías derevestimiento es proteger las zonasperforadas y aislar las zonasproblemáticas que se presentandurante la perforación.

Además, las tuberías de revestimientoproporcionan el medio para instalar lasconexiones superficiales de control(cabezales, BOPs), los empacadores yla tubería de producción.

El diseño de los tubulares sefundamenta en dos factoresprincipales: el conocimiento dematerial (resistencia) y elconocimiento de las condiciones deesfuerzos (cargas) a los que van estarsujetas las tuberías.

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SELECCIÓN DE BARRENAS

La barrena, es el elemento de corte o deataque usado para perforar pozos.Consiste de un elemento de corte, unelemento de circulación y el cuerpo. Elelemento de circulación permite que elfluido pase a través de ella y utilice lacorriente hidráulica del lodo para levantarlos recortes de formación generados por elelemento de corte.

Los parámetros considerados mássignificativos, para la selección de labarrena son:

1.Tipo de formación

2.Tipo de fluido de perforación

3.Estructura de corte y sistema derodamientos

4.Velocidad de rotación y peso sobrebarrena

5.Tamaño de la barrena

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TRAYECTORIA DE POZOS

Es el proceso de dirigir el pozo a lo largode una trayectoria hacia un objetivopredeterminado, ubicado a determinadadistancia lateral de la localizaciónsuperficial del equipo de perforación.

Con frecuencia el control de la desviaciónes otro concepto que se relaciona con laperforación direccional. Se define como elproceso de mantener al agujero dentro dealgunos límites predeterminados, relativosal ángulo de inclinación o aldesplazamiento horizontal con la verticalo a ambos.

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SARTA DE PERFORACIÓN

La sarta de perforación es la que trasmitela rotación y el peso a la barrena, permiteun conducto para la inyección del fluido,y mantiene en la dirección programada latrayectoria del pozo. Sus principalescomponentes son:

Tubería de perforación (TP)

Tubería pesada (HW)

Lastrabarrenas (DC)

Estabilizadores

El diseño de la sarta de perforación sedivide en dos partes principales:

Diseño de tubería de perforación yconexiones

Diseño del aparejo de fondo

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HIDRÁULICA DE PERFORACIÓN

La hidráulica de perforación estudia la interrelaciónde los efectos de las propiedades físicas del fluido decontrol con:

Las condiciones de flujo

El estado mecánico del pozo (geometría)

La variación de las funciones del mismo fluido decontrol.

La importancia de tener un adecuado programahidráulico dará como resultado lo siguiente:

Control de las presiones subsuperficiales

Aportar efectos de flotación a la sarta de perforación ytubería de revestimiento

Minimizar la erosión del agujero debido a la acción dellodo durante su movimiento

Remover los recortes del pozo

Incrementa el ritmo de perforación

Determina el tamaño del equipo superficial de bombeo

Por el contrario, un diseño inadecuado de la hidráulicapuede generar problemas como:

Disminución del ritmo de perforación

Mala limpieza del pozo

Brotes o pérdidas de flujo

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FLUIDOS DE CONTROL

Un Fluido de perforación, según API:“es un fluido circulante usado en laperforación rotatoria para ejecutar algunao todas las funciones requeridas en lasoperaciones de perforación”. Susfunciones son:

Enfriar y lubricar la barrena

Transmitir la potencia hidráulica a labarrena

Transporte y acarreo de los recortes a lasuperficie

Control de las presiones de la formación

Estabilidad de las paredes del pozo

Apoyo a la toma de registros

Sustentar la sarta de perforación y derevestimiento

Suspensión de los recortes.

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CEMENTACIONES

Las cementaciones son las operacionescon cemento que se efectúan en los pozospetroleros, cuyos principales objetivosson:

Proporcionar aislamiento con laformación.

Soportar el peso de la T.R.

Reducir el proceso corrosivo de la T.R’scon los fluidos de la formación.

Evitar derrumbes de las paredes del pozo.

Sellar intervalos, fugas y corregircanalizaciones.

Las cementaciones se clasifican deacuerdo a los objetivos que se persiguenen:

Cementación primaria

Cementación forzada

Tapones de cemento

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TERMINACIÓN DE POZOS

La terminación del pozo es un procesoque se inicia después de cementada laúltima tubería de revestimiento (TR deexplotación) y se realiza con el fin dedejar el pozo produciendo hidrocarburos otaponado si así se determina.

El objetivo de la terminación del pozo esobtener la producción óptima dehidrocarburos al menor costo.

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EQUIPO DE PERFORACIÓN ROTATORIA

El equipo de perforación por sí solo permiterealizar únicamente dos funciones básicas:subir y bajar las diferentes sartas de tuberíasdel o dentro del pozo y darle rotación a la sartade perforación. Todas las demás funciones quese realizan durante la perforación de un pozo sellevan a cabo mediante el empleo de equipoauxiliar.

Independientemente del tipo de equipo autilizar, un equipo de perforación es unconjunto de equipos especializados quetrabajan como un sistema integrado lo cualpermite perforar la corteza terrestre. El equipode perforación esta compuesto de cincosubsistemas los cuales son:

Subsistema de levantamiento o izaje

Subsistema de rotación

Subsistema de circulación

Subsistema de control

Subsistema de energía

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COMENTARIOS DEL DISEÑO DEL POZO

Comentarios al diseño del pozo:

Una vez finalizado el documento de diseño,este se debe distribuir para comentarios atodos aquellos departamentos involucrados.

Departamento solicitante.

Departamento de perforación.

Si se requiere, otros especialistas calificados (Compañías de servicios)

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PROGRAMA OPERATIVO DE PERFORACIÓN

El programa operativo de perforación o programa detalladode perforación es el procedimiento que define todo lonecesario para que los objetivos y el diseño del pozo se llevena cabo de manera segura, eficiente y costeable. El programaoperativo debe ser conciso, libre de detalles innecesarios quepuedan causar confusión.

Contenido:

Datos Generales

Geopresiones

Tuberías de Revestimiento y cementaciones

Programa direccional (trayectoria)

Fluidos de Perforación

Barrenas e Hidráulica

Sartas de perforación

Programa de Toma de Información

Conexiones Superficiales de Control

Tipo de Terminación

Características del Equipo de Perforación

Distribución de Tiempos

Información de Pozos de Correlación

Programa Calendarizado de Requerimiento de Materiales

Costos de Perforación

Anexos

Toda la información que se considere importante, cálculos de respaldo, oficios, reglamentaciones, etc.

Firmas de Autorización

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COMENTARIOS DEL PROGRAMA OPERATIVO DE PERFORACIÓN

Una vez finalizado el programa operativo de perforación, este se debe distribuir paracomentarios a todos aquellos departamentos involucrados.

Departamento solicitante.

Departamento de perforación.

Si se requiere, otros especialistas calificados (Compañías de servicio)

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REUNIÓN PREVIA ANTES DEL INICIO DE LA PERFORACIÓN (INVOLUCRARSE)

Antes de iniciar la perforación del pozo,el programa de operación debe serdistribuido a cada persona que tenga unaposición de supervisión, por ejemplo:

Ingeniero de proyecto

Ingeniero de fluidos

Ingeniero geólogo

Coordinador de perforación

Técnico del equipo

Perforador

Lo anterior es con la finalidad de que seinvolucren y estén como un solo equipo,supervisando la ejecución del proceso deperforación del pozo.

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REFERENCIAS

Adams, Neal, “Drilling Optimization: A Complete Well Planning Approach”, PenwellBooks, 1985.

Azar, J.J. “Drilling Engineering”, Penwell Publishing Company, 2007.

Bourgoyne, Millheim, Chenevert & Young, Applied Drilling Engineering, SPE TextBooks Series, Vol. 2, 1991.

Devereux, Steve “Drilling technology in nontechnical language”, Pennwell Corporation,1999.

Devereux, Steve, “Practical Well Planning and Drilling Manual”, Penwell PublishingCompany, 1997.

Hyne, Norman J. “Nontechnical guide to Petroleum Geology, Exploration, Drilling andProduction, PennWell Corporation, 2001.

Lummus, James L., Drilling Fluids Optimization: A Practical Field Approach, PennwellCorporation, 1986.

Rabia, Hussein “Oilwell Drilling Engineering Principles and Practices”, Graham &Trotman, 1995.

Velázquez-Cruz, David; Apuntes del Curso “Optimización de la Perforación de Pozos”,Licenciatura de Ingeniería Petrolera, Instituto Politécnico Nacional, 1996.

Velázquez-Cruz, David; Apuntes del Curso “Planeación y Diseño de la Perforación”,Especialidad en Perforación y Mantenimiento de Pozos, Universidad NacionalAutónoma de México, Facultad de Ingeniería, 2001.

Velázquez-Cruz, David; Apuntes del Seminario de Titulación denominado“Perforación, Terminación y Reparación de Pozos Petroleros”, Licenciatura deIngeniería Petrolera, Instituto Politécnico Nacional, 2004.