PERFORACIÓN DE POZOS CON OPERACIÓN NO CONVENCIONAL, MÉTODO CASING DRILLING Y SU APLICACIÓN EN EL CAMPO XXXXX1. INTRODUCCIÓN La perforación convencional de pozos de petróleo y gas utiliza una herramienta compuesta esencialmente por barras de sondeo y portamechas que sirven como elementos para transmitir y aplicar la energía mecánica (potencia de rotación y carga axial) al trépano así como para suministrar conducción hidráulica al fluido de perforación. En algunos casos se utiliza un motor de fondo para suministrar la potencia de rotación pero la columna o herramienta de perforación es esencialmente la misma. El sistema de perforación CASING DRILLING integra los procesos de perforación y entubación para conformar un sistema de construcción del pozo más eficiente. La premisa fundamental del sistema CASING DRILLING consiste en eliminar una importante fracción del costo total del pozo mediante la utilización de un sistema que permite entubar el mismo a medida que está siendo perforado, Los ahorros resultan de la eliminación de los costos relacionados con la compra, manipuleo, inspección, transporte y maniobras con el sondeo, eliminando además los tiempos perdidos por problemas de éstos ítems. En el presente trabajo se describirá el proceso de perforación con casing aplicando la tecnología CASING DRILLING en perforación de pozos de petróleo y gas 2. ANTECEDENTES En la década de 1930, los operadores del área continental de EUA utilizaban la tubería de producción para realizar terminaciones a agujero descubierto o sin entubación. La sarta de tubería de producción y la broca de cuchillas planas, o cola de pescado, utilizadas para la perforación quedaban en el pozo después de iniciarse la producción. En diversas oportunidades desde la década de 1950, se utilizaron tubulares de pozo permanentes para la perforación de pozos de diámetro reducido. En la década de 1960, Brown Oil Tools, ahora Baker Oil Tools, patentó un sistema relativamente avanzado para perforar pozos con tubería de revestimiento, que incluía brocas piloto recuperables, ensanchadores para agrandar el pozo y en Wyoming.2 4. posterior implementación como una nueva técnica de perforación de pozos. No obstante. BP y TESCO reportaron una operación exitosa en la que se utilizó tubería de revestimiento para perforar los intervalos correspondientes a las tuberías de revestimiento de superficie y de producción en 15 pozos de gas del área de Wamsutter. Hasta la fecha.2 OBJETIVO ESPECIFICO Demostrar que el uso de la tubería de revestimiento como proveedor de la energía hidráulica y mecánica para lograr el corte de la formación. restringieron la aplicación comercial de este sistema. 4. EUA. comparadas con la perforación rotativa convencional. más de 400 utilizaron un BHA recuperable para perforar pozos verticales y aproximadamente 12 emplearon un BHA recuperable para perforar pozos direccionales. La profundidad de estos pozos oscilaba entre 2499 y 2896 m Aproximadamente en la misma época. 4. lo que le permitió obtener una reducción de costos del orden del 30%. unos 620 fueron perforados utilizando tuberías de revestimiento cortas.motores de fondo. Todas estas aplicaciones iniciales contribuyeron a la evolución de la técnica de entubación durante la perforación que dejó de ser una tecnología nueva de confiabilidad no comprobada para convertirse en una solución práctica que permite reducir los costos. En el año 2001. Más de 1020 de estos intervalos implicaron la perforación de pozos verticales con tubería de revestimiento y brocas no recuperables. . 3. las bajas ROPs.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA IDENTIFICACION DEL PROBLEMA FORMUALACION DEL PROBLEMA OBJETIVOS Y ACCIONES OBJETIVO GENERAL Estudiar la factibilidad técnico económico de la técnica de perforación no convencional CASING DRILLING.1 3. 3. los operadores han perforado más de 2000 secciones de pozo utilizando tuberías de revestimiento. Shell Exploration and Production Company mejoró notablemente el desempeño de las operaciones de perforación en el sur de Texas perforando pozos en condiciones de bajo balance con tubería de revestimiento. aumentar la eficiencia de la perforación y minimizar el tiempo del equipo de perforación. los costos en perforación en dichos programas serán más económicos. 5. . eficientes tiempos de operaciones.1 JUSTIFICACION JUSTIFICACION TECNICA Una adecuada optimización en un proyecto de perforación de pozos incluye un eficiente consumo de energía. 6. así como disminuir los riesgos por accidentes al personal. consumo de energía así como maniobras más rápidas nos permitirá afinar más los tiempos que llevara a cabo el proyecto de perforación de uno o varios pozos. disminución de tiempos no productivos (NPT) y bajos riesgos sobre impactos ambientales y bajos riesgos de peligros al personal que trabaja en un equipo de perforación. por lo que disminuye los tiempos muertos operativos. 5. y la reducción de accidentes durante las operaciones de perforación. El uso de una técnica moderna como el uso del revestidor como medio de transferencia de energía hacia el trepano nos permitirá resolver algunos de los puntos más importantes que forman los programas de perforación de pozos. ALCANCE ALCANCE TEMATICO MARCO TEORICO GENERALIDADES Las técnicas de perforación de pozos de petróleo y gas han sido objeto de estudio desde su nacimiento con el afán de optimizar el proceso para obtener un pozo útil al menor costo posible. se logrará la disminución de los riesgos de impactos ambientales. Optimizar el consumo de energía en un proyecto de perforación Identificar las ventajas como el ahorro de tiempo. de costos.Verificar la reducción de tiempos de conexión y desconexión como en todas las secciones que con lleva cementar un pozo. tiempos de armado y desarmado. el efecto plastering (fortalecimiento de las formaciones débiles o inestables). Dicho análisis en los tiempos de viajes. también se identifican algunas desventajas de perforar con casing en lugar de perforar en forma convencional. 6.1 7. efectividad y reducción de costos en la perforación. con la utilización de una herramienta rotativa accionada desde superficie o mediante el empleo de un motor de fondo. en todas sus etapas. El concepto de Casing Drilling se basa en perforar el pozo ensanchándolo. MWD. La tecnología de perforación con casing viene a cubrir (hasta el presente) la última etapa en éste proceso proporcionando seguridad. Si bien varios intentos se han llevado a cabo hasta la fecha con el propósito de perforar utilizando el casing en pozos someros. En cuanto a motores de fondo y MWD.Desde los inicios de la perforación con cable hasta el presente. para mejorar la cementación y la limpieza del mismo y con la posibilidad de poder llevar a cabo las maniobras de cambio de trépano o toma de testigos corona sin la necesidad de sacar la tubería del pozo. Desde el punto de vista de las herramientas de fondo a utilizar. En la actualidad existe una tecnología desarrollada para perforar con casing que comprende desde las herramientas que constituyen el conjunto de fondo hasta el equipo de perforación el cual ha sido concebido para perforar el pozo completo. todos han sido realizados de forma rudimentaria mediante el sólo empleo del casing y un trépano enroscado en el lugar del zapato. éstos también deben pasar por el interior del casing que se está utilizando para perforar siendo éste el único requisito. motores de fondo. reducir los costos operativos y mejorar las condiciones de seguridad de los operarios. En todos los casos el proceso siempre fue rudimentario y sin ningún tipo de control respecto a las variables de perforación que modifican el estado de tensiones al que se ve sometido el casing durante el proceso. no hay mayores cambios o requerimientos especiales respecto a los mismos ya que por ejemplo se pueden utilizar los mismos trépanos que normalmente se utilizan en la perforación convencional de una zona determinada con la salvedad que deben pasar por el interior del casing con el que se está perforando. etc. ha habido una permanente preocupación por intentar mejorar la calidad de los pozos perforados. utilizando casing y haciendo el proceso mucho más eficiente y controlado. manteniendo la circulación del fluído de perforación en todo momento. . tales como trépanos. En algunos casos se logró el objetivo mientras que en otros la vida del trépano utilizado no lo permitió. La diferencia más significativa es que en la perforación con casing. En cuanto a la ingeniería. éste puede estar sometido a esfuerzos y tensiones bastante más diferentes que en los usos convencionales. el plan direccional y la selección del trépano son tomados de la misma manera que en la perforación convencional. control de surgencias. Las consideraciones sobre estabilidad del pozo. en general tampoco existen cambios relevantes más que la adición de un niple de asiento (CDL) para la herramienta de perforación (DLA). Figura 1 Niple de anclaje así como la configuración de la herramienta de perforación .Con respecto al casing. Se diseña el programa direccional del pozo para perforar los objetivos seleccionados y se desarrolla el programa de lodos. Una vez que el proceso de diseño convencional se llevó a cabo. El proceso de diseño de un pozo perforado con casing comienza de la misma manera que para un pozo convencional. De todos modos se debe verificar el estado de tensiones al que está sometido el casing durante la perforación y además asegurar que el mismo conserve sus propiedades al momento de cumplir con el propósito original para el cual fue diseñado. Los puntos de asentamiento de los distintos casing se de producción. La cementación se realiza también en forma no muy distinta a la convencional empleando un dispositivo que permite el alojamiento de los tapones de desplazamiento al igual que en una cementación corriente. diseñar un pozo para aplicar la tecnología de Casing Drilling es de alguna manera muy similar a diseñar un pozo convencional. profundidades de asentamiento de los zapatos. el diseño final deberá adaptarse al proceso Casing Drilling para lograr los objetivos exitosamente y asegurar que el tubo mantenga sus propiedades y especificaciones. Figura 2. Perforación con Casing . Perforación Convencional vs.COMPARACIÓN RESPECTO A LA PERFORACIÓN CONVENCIONAL el sistema de perforación con tubería de revestimiento integra los procesos de perforación y entubación para conformar una técnica de construcción del pozo más eficiente. mejorar la eficiencia operacional y la seguridad.pdf La utilización de tubería de revestimiento permite bajar los costos de construcción de pozos. y para aquellas aplicaciones que requieren control direccional.Fuente: http://www. es posible adosar una broca de perforación rotativa convencional o zapata de perforación especial al extremo de una sarta de revestimiento para perforar pozos verticales.with. Las exigencias económicas de los marcos geológicos complejos. en lugar de la sarta de perforación convencional. fijar en su lugar y luego recuperar con cable un arreglo de fondo de pozo (“Bottom Hole Assembly – BHA”) recuperable para perforación. En la actualidad. los yacimientos de menor extensión con reservas recuperables limitadas y la necesidad de optimizar el desarrollo y la explotación de los campos maduros hacen que las operaciones de perforación con tubería de revestimiento.sipeshouston. se puede desplegar. Para lograr mayor flexibilidad.csg. Básicamente simple en principio. esta técnica de perforación utiliza los tubulares de gran diámetro que quedarán instalados permanentemente en el pozo. .org/presentations/Drilling. La bajada y recuperación de este BHA a través de la tubería de revestimiento elimina los viajes de entrada y salida de la columna de perforación en el pozo y provee protección adicional para los sistemas de avanzada. asícomo minimizar el impacto ambiental. utilizados en las mediciones de fondo y en las aplicaciones de perforación direccional para el pozo. Figura 3. lo que elimina la necesidad de extraer la sarta de perforación y luego bajar la tubería de revestimiento permanente.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish05/aut05/04 _casing_drilling. . la tubería de revestimiento ya se encuentra en su lugar. disminuye la posibilidad de que se produzcan desviaciones no programadas y minimiza el desgaste interior de las sartas de revestimiento de superficie o intermedias instalada previamente. Operaciones de Perforación y Entubación Simultáneas con Tuberías de Revestimiento Cortas (liner) o Sartas de Revestimiento Completas Fuente: http://www. Después de alcanzar la profundidad total (“Total Depth – TD”).slb.ashx La minimización del número de viajes de la tubería durante las operaciones de perforación reduce los incidentes de colapso de pozos producidos por las operaciones de extracción de fluidos y flujo natural. Los DTM han sido optimizados a tal punto que hay muy poco tiempo como para rescatar en éstas operaciones. La profundidad aproximada es de alrededor de los 250 metros y se perfora en una carrera de trépano. El personal ha estado trabajando en una misma zona durante largo tiempo. A medida que ésta tecnología se vaya introduciendo en el mercado habrá alguna pérdida de eficiencia hasta que las prácticas operativas se aprendan y optimicen y se prueben nuevos diseños de herramientas. los trépanos han sido optimizados a un nivel en que las tasas de penetración son físicamente ideales y hasta con una sola carrera es suficiente para perforar determinadas secciones en algunos pozos. Este ambiente es propicio para la introducción de una tecnología tal como el Casing DrillingTM. Esta carrera es de alrededor de 2000 metros. El primer juego se utiliza para rotar cemento. Si la actividad de perforación de la industria en general sigue incrementándose. Luego se desentuban los metros necesarios para perfilar y una vez finalizada la maniobra de perfilaje se vuelve a entubar y se cementa el casing en posición. OBSERVACIONES El proceso de optimización de la perforación convencional en algunos casos ya ha alcanzado su límite. La sección de producción se perfora con casing de 4 ½” hasta 4500 metros utilizando un trépano de PDC de 6 ¼” que se instala en el casing por medio de un “release sub”. se activa el “release sub” y se deja el trépano en el fondo. algunas de éstas operaciones tan optimizadas pueden sufrir un quiebre y dejar de repetir los récords históricos. una vez hecho esto se reemplaza por el segundo juego para perforar hasta la profundidad final de asentamiento del casing. Este hecho se puede dar debido a la movilidad del personal hacia otras áreas.GEOMETRÍA DE POZO La sección de la cañería guía se perfora con un trépano piloto de 8 ½” y un ensanchador de 12 ¼” asentado en el casing de 9 5/8” mediante un sistema de anclaje/desanclaje activado por “wireline”. En los pozos donde es necesario perfilar. La sección intermedia se perfora con casing de 7” utilizando un trépano piloto de 6 1/8” y ensanchador de 8 ½”. PRUEBAS DE CAMPO. altos porcentajes de utilización de equipos y competencia por la contratación de servicios. se realiza con un solo trépano y el uso de dos juegos de cortadores para el ensanchador. . 1 2. Esta alternativa demostró ser muy efectiva para la zona por lo que se desarrollaron elementos de cementación adecuados a ésta nueva operación. perforados con casing de 4 ½” la dificultad para obtener una buena limpieza del trépano de PDC utilizado y la baja eficiencia del ensanchador transformó en ineficiente al conjunto de fondo en si.6 TUBERIA DE REVESTIMIENTO (CASING) DESCRIPCIÓN DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO SELECCIÓN DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO FUNCIONES DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO FABRICACIÓN DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO FACTORES TÉCNICOS Y ECONÓMICOS DE LOS REVESTIMIENTOS . En los casos en que se han perforado pozos desde 7” a 9 5/8” es donde se ha visto un potencial ahorro de tiempos que oscila entre un 25% y un 30%.4 2. En algunos casos la tecnología de perforación con casing con herramientas recuperables no ha demostrado ser muy efectiva.4 MARCO TEORICO MENORIA HISTÓRICA: CAMBIO EN LA PERFORACIÓN DE POZOS PERFORACIÓN DE POZOS CONVENCIONALES PERFORACIÓN DE POZOS NO CONVENCIONALES LA TECNOLOGÍA DE PERFORACIÓN CON CASING 2.2 2.La perforación de secciones superficiales de diámetros grandes ha demostrado ser una aplicación realmente eficaz de ésta tecnología.3 1. Las ventajas significativas del Casing DrillingTM son fáciles de ver en la perforación de secciones superficiales dado que las herramientas son más robustas y confiables.1 1. 1.3 2. el pozo se perfora normalmente con un solo trépano y una porción significante del tiempo total de perforación se adjudica a las maniobras. la entubación y la cementación del pozo. 8 TEMARIO TENTATIVO 1. 2.2 1.5 2. Debido a esto se investigó la posibilidad de perforar la totalidad del pozo con un solo PDC y sin ensanchador. Para los pozos más profundos. 2.4. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO.1 3.3 PERFORACION CON CASING (CASING DRILLING) VENTAJAS DEL CASING DRILLING DESVENTAJAS DEL CASING DRILLING ¿EN QUÉ CONSISTE LA PERFORACIÓN CON CASING DRILLING? 4. 2. 3.2 4. 4. 4.1 Sistema recuperable Casing Drilling.2 Sistema no Recuperable Casing Drilling.1 Revestimiento Conductor.3.1Herramientas y Accesorios Utilizados en Casing Drilling Recuperable. .1 4. 3.3 3.4 Revestimiento de Producción.7.1 Análisis de la Flexión o Bending. TEORÍA DE LA MÁXIMA ENERGÍA DE DISTORSIÓN.2 Revestimiento de Superficie.4.4.4. 2.5 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN CON CASING 4.2 3. 2.5 Camisa o “Liner”.4.2 Análisis de la Relación Torsión – Tensión. 3.7 TIPOS DE REVESTIMIENTOS 2.7.4 CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE UNA TUBERÍA CONSIDERACIONES MECÁNICAS PARA EL DISEÑO. 4.1 Efecto Plastering. 3. 2. 3.7.3 Revestimiento Intermedio. 4.7.7.1.4 MÉTODOS DE PERFORACIÓN CON CASING 4. MÉTODO DE LA ENERGÍA DE DISTORSIÓN TRIAXIAL. 4. TIEMPOS OPERACIONALES Y VENTAJA ECONÓMICA 5.1.5. 6 6.5.1Herramientas y Accesorios Utilizados en Casing Drilling no Recuperable 4.5 EQUIPOS DE SUPERFICIE UTILIZADOS PARA CASING DRILLING 4. 5.4.1 Top Drive de Tesco Corporation. CAMPO XXXXX UBICACIÓN GEOGRÁFICA CAMPO XXXXX MARCO GEOLÓGICO REGIONAL Estratigrafía de campo XXXXX HISTORIA DE PERFORACIÓN DEL CAMPO XXXXX PARÁMETROS BÁSICOS DEL CAMPO XXXXX PROBLEMAS MÁS FRECUENTES DEL CAMPO XXXX .1 6.1.2 Recomendaciones Durante la Perforación.6.2 6.6 CONSIDERACIONES DE PARA DISEÑAR UN POZO CON CASING DRILLING 4.6 DESCRIPCION CAMPO DE APLICACIÓN.3 Aplicación de la tecnología Casing Drilling y Casing Drive System (CDS).1 Requisitos para Utilizar la Técnica Casing Drilling.4. 4.2 Presentación de datos y Resultados.2 Casing Drive System (CDS).5 6.5.4 6. 4.2.3 6..1 Aplicación de la Tecnología Casing Drilling en los Pozos de campo XXXXx.1Componentes del Sistema Top Drive.6. 5.2Funcionamiento del Top Drive. 4.5. como Alternativa de Solución a los Problemas de X Pérdidas de Circulación 5. 4. 2. 97 N°20. Garret. Warren Tommy. Madell. Garret. Tommy.2.2 DISPONIBILIDADES PARA PERFORACIÓN POZO CAMPO XXXXXX. 7.2. D.7 APLICACIÓN TECNICA CASING DRILLING CAMPO XXXX 7.2. World Oil. P and Oveson. vol.2. 7.. “Hydraulic Rig Supports Casing Drilling”. Oil and Gas Journal. 8 CONCLUSIONES 9. Bruce and Madell.2.1Cálculo del Volumen de Lodo. M. Laurent.4. 1999 pp 61-66 Warren.2. RECOMENDACIONES 9.2 Ensamblaje de Fondo. “Casing Drilling Moves to More Challenging Applications” presented at the AADE 2001 National Drilling Conference. 7..4 Programa de Cementación. Houtchens. 7. “Drilling with Casing Promises Major Benefits”. “Drilling Technology – The Next 100 years”. BIBLIOGRAFÍA Tessari. Mayo 1999 pp 58 -62. 7.1 Tipo y Propiedades de Revestimientos que se Utilizaran. 7. Angman. 7. . RM.1 DISEÑO BÁSICO DE LA APLICACIÓN CASING DRILLING EN EL CAMPO XXXX 7.3.1Clases y Tipos de Cemento.4.3 Programa de Lodo para la Perforación.2Tiempos de Operación y Ventaja Económica al Aplicar Casing Drilling. Sept.