PERFORACIÓN DE POZOS DE PETRÓLEO
EXPLOTACIÓN DE HIDROCARBUROS La única manera de saber realmente si hay petróleo en el sitio donde la investigación geológica propone que se podría localizar un depósito de hidrocarburos, es mediante la perforación de un hueco o pozo. En Colombia la profundidad de un pozo puede estar normalmente entre 2.000 y 18.000 pies, dependiendo de la región y de la profundidad a la cual se encuentre la estructura geológica o formación seleccionada con posibilidades de contener petróleo.
El primer pozo que se perfora en un área geológicamente inexplorada se denomina pozo exploratorio y en el lenguaje petrolero se clasifica como A-3. De acuerdo con la profundidad proyectada del pozo, las formaciones que se van a atravesar y las condiciones propias del subsuelo, se selecciona el equipo de perforación más indicado.
SISTEMAS DE PERFORACION
• El primer sistema de perforación fue mediante cable o método de percusión. Con este sistema se perforó el primer pozo de petróleo en los EEUU en 1859, en Titusville, Pensylvania. El encargado de este trabajo fue el coronel Drake. En este sistema la broca es alternadamente bajada y levantada por medio de un cable de acero, golpeando sucesivamente en el fondo del pozo; la técnica consiste en perforar 5-8 pies, sacar la herramienta y remover los ripios del fondo del pozo con la ayuda de un bailer o canasta; cuando ya no se recuperan cortes se repite la operación, pozos de este tipo han alcanzado los 8.000 pies de profundidad.
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SISTEMAS DE PERFORACION
Este método presenta las siguientes ventajas y desventajas • Aplicable si el objetivo se encuentra a profundidad somera • Se podían tomar grandes muestras de roca • Económico • Es lento si la formación es dura • No se tiene control sobre el diámetro del hueco • La gran cantidad de material desmenuzado disminuye la efectividad del golpeteo y reduce el avance de la perforación. • Como se perfora en seco no se ofrece sostén para las paredes del hueco y por ende protección contra formaciones que por su presión interna expelen sus fluidos hacia el wellbore o hacia la superficie. El método de percusión fue usado por más de 70 años.
SISTEMAS DE PERFORACION Perforación Rotatoria Se utilizó por primera vez en 1901 en el campo Spindletop (Texas). El encargado de este trabajo fue el capitán Anthony Lucas. La profundidad alcanzada fue de 1100 pies. Las innovaciones más sobresalientes fueron: •Sistema de levantamiento •Sistema de circulación de fluidos de perforación •Elementos componentes de la sarta de perforación. El método de la perforación rotativa ha evolucionado hasta ser más seguro, eficiente y potente. Este método es el más difundido y estandarizado alrededor del mundo. 1
CLASIFICACION DE LOS POZOS Los pozos pueden clasificarse como exploratorios si su objetivo es descubrir un nuevo yacimiento y como de desarrollo si el propósito es explotar un yacimiento conocido. Los geólogos determinan la ubicación de los pozos exploratorios y el grupo de yacimientos la ubicación de los pozos de desarrollo.
Los pozos exploratorios pueden ser A1, A2 ó A3. A3: es un pozo perforado en una zona totalmente desconocida con el propósito de determinar si existen depósitos de gas o de petróleo. A2: pozo que se perfora para determinar la profundidad de los intervalos productores. A1: para determinar la extensión del yacimiento.
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PERFORACIÓN DE POZOS TIPOS DE POZOS : EXPLORATORIOS : A3: Pozo descubridor. A2: Determina espesor del yacimiento. A1: Limites del yacimiento DE DESARROLLO
COMPAÑIAS 1. OPERADORAS Son las que obtienen el derecho de perforar y producir petróleo en un lugar en particular. Una operadora puede ser una compañía de gran tamaño como Exxon, Chevron, BP, Shell, Mobil, Hocol, Oxy ó Ecopetrol. Pero también pede ser una compañía pequeña o un “independiente” que produce y vende hidrocarburos pero no está involucrado con el transporte, refinación o venta del producto. Usualmente las operadoras no realizan la perforación sino que contratan a empresas con gran experiencia. El tipo de contrato puede ser por día o por pie perforado.
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COMPAÑIAS 2. DE PERFORACION Estas empresas además de suministrar los equipos también suministran las cuadrillas ordinarias. En general una cuadrilla se compone de: •Perforador •Encuellador •Dos o tres cuñeros •Obreros de patio. Además podría incluir •Mecánico •Soldador •Electricista
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COMPAÑIAS
3. DE SERVICIOS Las principales son: •De registros de pozos •De lodos •De pruebas de formación •De cementación •De Brocas
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PERSONAL DE PERFORACIÓN En un taladro activo se encuentra por parte de la compañía operadora el Company man (ingeniero de operaciones o jefe de pozo) y por parte de la perforadora el Toolpusher o jefe del taladro. El company man vela por los intereses de la compañía. Vive en un remolque junto al taladro y está disponible las 24 horas. Se encarga de: •Programa o estrategia de perforación •Supervisión del manejo eficiente y seguro de los equipos •Coordinación de servicios y suministros •Tomar cualquier decisión local durante la perforación.
PERSONAL DE PERFORACION
PERSONAL DE PERFORACION
El jefe de taladro ó Toolpusher es el individuo con muchos años de experiencia, que posee los conocimientos y el sentido común para lograr exitosamente, económicamente y con seguridad el proyecto que se le encomienda. Encargado de gerenciar el recurso humano a su cargo, supervisando y motivando para trabajar en los tiempos fijados por el cronograma, sin accidentes. Además está encargado de recoger los informes diarios de perforación llenados por cada perforador durante las tres horas anteriores ordenando la información en el informe matutino diario para transmitirlo al superintendente de perforación o a la gerencia.
PERSONAL DE PERFORACION
Este jefe de taladro, a su vez tiene a cargo tres supervisores en turnos de doce 12 horas, lo que supone uno en descanso y dos activos, comisionados para coordinar la cuadrilla que opera en la torre, constituida por: el perforador, el encuellador y los tres ayudantes (cuñeros). En esta cuadrilla, el perforador estará encargado de considerar los problemas antes de que ocurran y tomar las acciones correctivas inmediatamente, según su experiencia, además de manejar cualquier emergencia que pueda surgir, desde su puesto en la cubierta del taladro donde tiene acceso a toda la instrumentación y controles del trabajo.
PERSONAL DE PERFORACION
En cuanto al personal encargado del trabajo físico aparece en primer lugar el encuellador o Derrickman, que trabaja en lo alto de la torre y recibe la responsabilidad de almacenar la tubería al sacar la sarta del hoyo y desenroscarla. Su trabajo es el más riesgoso dado el sector donde se acomoda: el Encuelladero (Monkey board), zona de difícil evacuación. En la parte baja del taladro (la plancha del taladro), los obreros (ayudantes del perforador), colaboran a enroscar y desenroscar las conexiones, y también rutinariamente trabajan las cuñas y realizan los trabajos pesados, sucios y ruidosos necesarios para mantener el taladro avanzando
PERSONAL DE PERFORACION EN CAMPAMENTO Suministrado por la Compañía: 1 Company man 1 Ingeniero de perforación 1 Ingeniero de lodos 1 Geólogo 2 Geólogos mud loggers 1 Ingeniero ambiental 2 Supervisores 4 Operadores
PERSONAL DE PERFORACION EN CAMPAMENTO La Empresa dueña del taladro suministra: 1 1 1 1 1 3 3 3 9 3
Toolpusher-jefe de equipo Mecánico Electricista Jefe de bodega Enfermera Maquinistas Encuelladores Aceiteros Cuñeros Recoge muestras
EQUIPO DE PERFORACION
Los equipos básicos en un taladro para perforar un pozo de petróleo, pueden ser divididos en sistemas, cada cual encargado de una función diferente y que en conjunto logran la puesta en marcha del taladro.
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Los principales sistemas son: Sistema de potencia Sistema de levantamiento Sistema circulatorio Sistema rotatorio Sistema de Prevención
Agenda • Perforación
• Sistema de Circulación • Viajes • Logging
• Corrida de Revestimiento • Cementación • Completamiento
Operaciones no Convencionales • Logística • Control de Presiones • Pegas de Tubería
• Equipo de Pesca • Corazonamiento • Perforación Underbalance • Coiled Tubing
Introducción Conocimiento del equipo usado en perforación y su función Las operaciones en el taladro tienen como fin principal el lograr alcanzar las formaciones que contienen hidrocarburos de una manera económica, efectiva y que permita el recobro de estos en superficie
Introducción Estas operaciones conllevan riesgos relacionados con el equipo usado y las formaciones atravezadas Se darán a conocer las operaciones de mayor impacto en la perforación y los problemas relacionados con las actividades de campo así como la participación de Weatherford en estas operaciones
Componentes del Taladro 1. Corona 3. Cable de Perforación 4. Monkeyboard 5. Bloque Viajero 6. Top Drive 7. Mastil 8. Tubería de Perforación 9. Casa del Perro 10. Preventoras 13. Generadores 16. Bombas de Lodo 18. Tanques de Lodo 19. Piscina de Reserva 21. Zarandas 22. Choke Manifold 23. Rampa de Tubería
Componentes del Taladro CORONA (Crown)
Es un ensamblaje de poleas montado sobre vigas en el tope del taladro. El cable de perforación es corrido sobre las poleas hasta el tambor de levantamiento (parte del malacate)
CATLINE Boom & Hoist Line
Estructura metálica erigida cerca del tope del taladro, usada para levantar material
Cable de Perforación (Drilling Line)
Es un cable grueso de acero, organizado en un tambor o carretel que recorre la corona y el bloque viajero. Su propósito primario es levantar o bajar dentro del pozo la tuberia de perforacón ó el revestimiento. Es también usado para soportar las herramientas de perforación.
Encuelladero (Monkeyboard) Es la plataforma de trabajo del encuellador desde donde organiza la tubería de perforación, su altura depende del número de tubos conectados que se manejen en el taladro, por lo general tres (90 pies)
Bloque Viajero (Travelling Block) Es un arreglo de poleas a través del cual el cable de perforación es manejado y sube o baja en la torre
Top Drive El top drive rota la sarta de perforación y la broca sin usar la mesa rotaria. Es operado desde una consola de control en el piso del taladro (rig floor)
Torre ó Mástil (Mast) Es una estructura portátil, con la capacidad de ser erigida ó izada como una unidad a la posición de trabajo
Tubería de Perforación (Drill Pipe) Son tubos de alto peso usados para rotar la broca y circular el fluido de perforación. Por lo general son juntas de 30 pies que permiten acoplarse entre ellas y con las herramientas necesarias para perforar.
Componentes del Taladro
Casa del Perro (Dog House) Es un pequeño cuarto ubicado en el piso del taladro, usado cómo oficina del perforador y cómo almacén para herramientas pequeñas
Preventora Anular (Blowout Preventer) Es una válvula de gran tamaño, instalada sobre la cabeza del pozo y sobre las preventoras de ariete, que forma un sello en el espacio anular entre la tubería y la pared del pozo ó en caso de no haber tubería presente, sella el pozo
Tanque de Agua (Water Tank) Usado para almacenar agua que es utilizada en la mezcla del fluido de perforación, de cemento y para la limpieza del taladro
Bandeja de Cableado (Electric Cable Tray) Soporta el peso de los cables eléctricos que alimentan el poder desde el panel de control a los motores del taladro y el equipo adicional
Generadores (Engine Generators Sets) La energía para el taladro es producida por motores que trabajan con diesel, gas ó gasolina, asi cómo con un sistema mecánico de transmisión y generadores. La mayoría de taladros actuales usan generadores eléctricos que dan potencia a motores eléctricos en otras partes del equipo
Tanques de Combustible (Fuel Tanks) Tanques para el almacenamiento del combustible para el sistema de generación de poder.
Electric House En taladros eléctricos de diesel, motores diesel de alta potencia alimentan generadores eléctricos. Estos generadores producen electricidad que fluye a través de cables a paneles de control de donde se proveen los equipos
Bombas de Lodo (Mud Pumps) Grandes bombas de reciprocación son usadas para circular el lodo (fluido de perforación) en un taladro
Tanques de Lodo (Mud Pits)
Serie de tanques abiertos, a través de los cuales el lodo es circulado para permitir que arena y sedimentos se depositen y sean retirados. Aditivos son mezclados con el lodo y este es temporalmente almacenado antes de ser bombeado nuevamente al pozo. Los tanques están divididos en compartimentos de acuerdo con su uso: shaker pits, settling pits y suction pits.
Piscina de Reserva (Reserve Pit) Es una piscina en la cual se guarda una reserva de fluido. Es tambien usada para guardar resíduos líquidos y se hace excavada en el suelo y cubriendo sus paredes con arcilla ó con membrana plástica impermeable para prevenir la contaminación del suelo
Separador de Gas (Mud Gas Separator) Es un aparato usado para retirar gas del lodo proveniente del pozo cuando se presenta invasión de gas en el pozo.
Zaranda (Shale Shaker) Corresponde a una serie de bandejas con mallas que vibran para remover los cortes perforados del fluido saliente. El tamaño de las aperturas es seleccionado para que sean menores al tamaño de los cortes y asegurar su remoción.
Choke Manifold
El arreglo de tuberías y válvulas especiales, llamadas chokes a través del cual se circula el fluido de perforación cuando se cierran las preventoras para controlar presiones encontradas en la formación durante un reventón
Rampa de Tuberia (Pipe Ramp) Rampa angular que sirve para arrastrar y subir la tuberia y herramientas hasta la plataforma y la mesa rotaria.
Componentes del Taladro
Acumulador (Accumulator) Es el aparato de almacenamiento para fluido hidraúlico a presión que es usado en la operación de las válvulas preventoras
Broca de Perforación (Drill Bit) Es el elemento cortador en la perforación de pozos. La mayoría de las brocas tricónicas consisten de tres conos que giran sobre cojinetes para hacer uso de todos los elementos cortadores. Además, las brocas poseen un sistema de circulación para su enfriamiento y permitir el paso del fluido, usando su fuerza hidraúlica para impactar la roca y facilitar su perforación
Malacate (Drawworks) Es el mecanismo de levantamiento en un taladro de perforación. Consiste de un winche de gran tamaño que enrolla y libera el cable de perforación y asi levanta o baja los componentes de la sarta y las herramientas
Collares de Perforación (Drill Collars) Son tubos pesados de paredes gruesas usados entre la broca y la tuberia para colocar peso sobre el fondo de la sarta y ayudar en la perforación.
Consola del Perforador (Drillers Console) El panel de control, ubicado en la plataforma desde donde el perforador controla las operaciones del taladro y maneja el equipo
Mesa Rotaria (Rotary Table) Es el principal componente de rotación para girar y soportar la sarta de perforación; consiste de elementos de rotación que permiten utilizar velocidades variables y a la vez soportar el peso de la sarta dentro del pozo.
Kelly Es un componente de acero pesado, hexagonal (común) ó cuadrado suspendido por el bloque viajero a través de la mesa rotaria. Esta conectado a la última junta de la sarta para girar la tuberia a medida que rota la mesa.
Cuñas (Slips) Son piezas de metal con dientes ó elementos de agarre que son usados para soportar la caida de la tubería dentro del hueco ó para mantener la tubería en su lugar. Las cuñas se ajustan entre la tubería y el master bushing.
Componentes del Taladro Cuñas de Poder (Power Slips) Existen cuñas hidraúlicas ó neumáticas que evitan el contacto directo con la herramienta, protegiendo el operador; en estas, el agarre es efectuado por empaques especiales.
Operaciones Convencionales de Perforación • Perforación • Sistema de Circulación
• Viajes • Registros (Logging) • Corrida de Revestimiento • Cementación • Completamiento
Perforación • La operación se realiza siguiendo una
simple regla: “ponga la broca en el fondo con algo de peso y gírela a la derecha” • Esta operación para ser exitosa debe ser libre de problemas y económica. • Para lograr una perforación económica, se debe perforar en el menor tiempo posible, obteniendo altas ratas de penetración (ROP)
Perforación • Factores que afectan la rata de penetración: Tipo de broca usada
Peso sobre la broca Velocidad de Rotación Propiedades del Fluido de Perforación Hidraúlica Propiedades de la Formación
Perforación Sarta de Perforación: Tubería (Drill Pipe) Tubería Pesada (Heavy Wate DP) Martillos (Jars) Collares (Drill Collars) Estabilizadores (Stabilizers) Broca
Perforación • Drill Pipe
• Spiral-Wate • Hevi-Wate • Drill Collars • Tubing
Perforación • Estabilizadores • Martillos • Motores
Sistema de Circulación
Sistema de Circulación
Funciones del Lodo llevar los cortes del fondo a superficie sostener las paredes del pozo controlar las presiones naturales en las
formaciones perforadas enfriar y lubricar la broca y la sarta de perforación ayudar a soportar la sarta de perforación (boyancia)
Funciones del Lodo mantener el pozo limpio de cortes suspender los cortes cuando se para la
circulación permitir obtener información de las formaciones transmitir potencia hidraúlica a la broca permitir la fácil remoción de los cortes en superficie
Propiedades del Lodo Densidad Sólidos Viscosidad Filtración Alcalinidad
Salinidad
Embudo Plástica Aparente CO3= OHDulce HCO3Salado
Inhibido
Perforación Se perfora hasta la profundidad designada
para sentar revestimiento (casing) Una broca puede no ser suficiente para alcanzar la profundidad deseada Se realizan viajes para cambio de broca o cuando se presentan problemas operacionales
Perforación Durante la operación normal, se llevan
registros de las condiciones de perforación mediante el uso de equipo y personal especializado para determinar la composición de las formaciones perforadas y la presencia de hidrocarburos El personal esta compuesto por geólogos y técnicos
Registros de Lodo
Registro de Lodo La unidad de registro, conocida como Unidad
de Registro de Lodo (Mud Logging Unit) esta conectada a los principales componentes de la mesa rotaria para llevar registro de los parámetros continuamente Este servicio es prestado por compañías especializadas y depende del operador la calidad de la información registrada
Registro de Lodo
Viajes La rata de penetración nos permitirá
determinar cuando es el momento de hacer el cambio Para hacer el viaje se debe circular el pozo hasta sacar todos los cortes a superficie (bottoms-up) El viaje debe hacerse evitando que haya arrastre de la tubería para prevenir derrumbes y pega de la herramienta