factores que afectan la vel perf
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factores que afectan la velocidad de perforacionTRANSCRIPT
Introducción.
El Objetivo de la Perforación de un pozo petrolero es
el de lograr terminar un pozo productor de aceite y/o
gas que permita la explotación adecuada de un
yacimiento.
Velocidad de Penetración.
La velocidad de penetración,denominada también
como velocidad de perforación, ritmo de perforación
o ritmo de penetración,representa una indicación de
que tan rápido perfora la barrena a través de una
formación,bajo ciertas condiciones de operación
dadas.
Velocidad de Penetración
Por definición, puede ser considerada como la
longitud,distancia o intervalo perforado por unidad
de tiempo de rotación de la barrena en el fondo del
pozo; es decir durante el tiempo en que la barrena
esté perforando:
R = Y / Tr
R = Velocidad de Penetración, m/hr (pies/hr)
Y = Intervalo perforado, m (pies)
Tr = Tiempo de Rotación de la barrena, hs.
Velocidad de Penetración
Se debe establecer que aun cuando generalmente es
deseable incrementar la velocidad de penetración , tal
incremento no deberá de ser obtenido a expensas de
efectos adversos. Es decir la mayor velocidad de
penetración de la barrena en el fondo del pozo, no dará
necesariamente como resultado el costo más bajo del
intervalo perforado; pues otros factores tales como un
desgaste acelerado de la barrena ,falla del
equipo,problemas de desviación del agujero,inestabilidad
de la sarta,etc. , pueden elevar el costo de la perforación .
Velocidad de Penetración
De acuerdo con LUMMUS, en terminos generales,las variables que afectan la velocidad de pentración pueden ser clasificadas en dos grandes grupos:
ALTERABLES.- Como su nombre lo indica,comprende a todas aquellas variables que se pueden cambiar y/o alterar de acuerdo con las necesidades de la perforación.
INALTERABLES.- Por exclusión, son todas aquellas que no pueden ser modificadas o cambiadas por el operador.En su mayoria son todos aquellos factores o propiedades inherentes a la localización del pozo y a la formación a ser perforada.
Tabla 1.- variables que
afectan….
PERSONAL Indiscutiblemente que el personal,tanto el que labora en el
equipo(cuadrilla,técnicos,etc.),así como aquellos
encargados de la planificación y supervición de las
operaciones,es uno de los factores más importantes en el
proceso e la perforación del pozo y por lo tanto ejercen
gran influencia sobre la velocidad de penetración.
Solo mencionaremos algunos de los factores:
CAPACIDAD.-
Experiencia y entrenamiento
FACTORES PSICOLOGICOS.-relación empresa-
trabajador,orgullo,motivación,etc.
EQUIPO DE
PERFORACIÓN. En muchas ocasiones, el programa de perforación se
MODIFICA para ajustarse a las características de un
equipo en particular,reduciéndose de esta manera la
eficiencia de la perforación debido a que en muchas
ocasiones los equipos de perforación presentan severas
limitaciones sobre el control de una o más variables.
Antes de seleccionar un equipo de perforación específico
se deben determinar los requerimientos del pozo; por este
motivo,hasta hace unos años,la profundidad era el criterio
principal en la selección del equipo.
CARACTERÍSTICAS DE LA
FORMACIÓN. Sobre el efecto de las características de las formaciones
atravesadas durante la perforación del pozo se han
realizado una gran cantidad de
investigaciones,principalmente a nivel de laboratorio; sin
embargo, las propiedades de la formación que gobiernan la
velocidad de penetración no han sido claramente
establecidas; al menos no han sido modeladas en forma
cuantitativa.
Para propósitos de perforación ,las rocas se puedn clasificar
como rocas suaves,medias o duras.
CARACTERÍSTICAS DE LA
FORMACIÓN RESISTIVIDAD A LA COMPRESIÓN ( dureza y abrasividad).- La resistencia a la compresión se define como la resistencia que presentan las rocas a ser penetradas.
En términos generales la velocidad de penetración varía inversamente proporcional con la resistencia a la compresión de las formaciones a ser perforadas.
La dureza y abrasividad de las formaciones son propiedades íntimamente relacionadas con la resistencia a la compresión de la roca y ambas afectan a la velocidad de penetración , debido al efecto que éstas tienen sobre el desgaste de la barrena.
CARACTERÍSTICAS DE LA
FORMACIÓN ELASTICIDAD ( Fragilidad y Plasticidad).- En las rocas
sedimentarias comunes el modo de falla puede variar
desde un tipo de falla frágil hasta una falla del tipo plástico,
dependiendo de la magnitud de la diferencia entre la
presión de confinamiento y la presión de formación (estado
de esfuerzos del subsuelo)
CARACTERÍSTICAS DE LA
FORMACIÓN PERMEABILIDAD.- El efecto de la permeabilidad de la formación sobre su perforabilidad se debe principalmente a su tendencia para aliviar las presiones impuestas en el fondo del pozo, por el peso de la columna de lodo , al permitir al permitir que el fluido penetre dentro de los poros de la formación.
La diferencial de presión que actua en el sentido de la gravedad,dificulta la remoción del recorte,reduciendo así la velocidad de penetración.Si la roca fuera lo suficientemente permeable al fluido de perforación (filtrado del lodo),la presión diferencial a través del elemento de formación no existiría,debido a un equilibrio hidrostático de las presiones.
CARACTERÍSTICAS DE LA
FORMACIÓN CONTENIDO DE FLUIDOS ( Presión de Formación ).- Pruebas
de laboratorio y campo han demostrado que una roca
completamente saturada de fluidos incompresibles (agua) es
menos sensitiva a los efectos de la presión diferencial en el
fondo del pozo que una formación que contiene fluidos
compresibles (gas).Dichas pruebas han demostrado la
existencia de este efecto; es decir,han demostrado que la
velocidad de penetració se reduce cuando la diferencial de
presión entre la presión hidrostática en el agujero y la de
formación se incrementa.Es un hecho conocido las altas
velocidades obtenidas en la perforación cuando se emplea aire o
gas o bien cuando se perforan formaciones con presiones de
formación ANORMAL ALTA.
CARACTERÍSTICAS DE LA
FORMACIÓN
POROSIDAD.- Una práctica de perforación muy
empleada en el campo, para la detección de zonas de
presión de formación anormal alta,es la presencia de un
incremento en la velocidad de penetración.Estas zonas
geopresionadas se encuentran asociadas a formaciones
con POROSIDADES anormalmente altas para la
profundidad a la cual se encuentran confinadas.
Una zona porosa presenta una perforabilidad mayor que
una zona densa.
CARACTERÍSTICAS DE LA
FORMACIÓN TEMPERATURA.- El efecto de esta variable sobre la
velocidad de penetración no está bien definido, debido a
que en el rango de temperaturas encontradas, el efecto de
esta variable sobre las propiedades de la roca es
generalmente despreciable; no obstante,se ha comprobado
que la falla de la roca se torna cada vez más plástica
conforme la temperatura se incrementa.La velocidad de
penetración se reducirá a medida que la plasticidad de la
formación aumenta con la temperatura.
CARACTERÍSTICAS DE LA
FORMACIÓN TENDENCIA DE EMBOLAMIENTO.- Este ocurre cuando
los fragmentos de la formación , generados por la
barrena,se aglutinan y se adhieren entre los dientes,
llegando en casos severos a cubrir parcial o totalmente la
barrena,de tal manera que esta última NO es capaz de
cortar la formación. Esto se atribuye comúnmente a un
problema de falta de limpieza,por el fluido de
perforación.Pero también hay formaciones que presentan
una marcada tendencia de embolamiento, debido a su
composición mineralógica.
CARACTERÍSTICAS DE LA
FORMACIÓN PROFUNDIDAD.- Indudablemente la profundidad a la cual
se encuentra una formación en el subsuelo no es una
propiedad de la misma.Por el contrario,casi todas las
características de las formaciones dependen en gran
medida de la profundidad a la cual se encuentran al ser
penetradas por la barrena.En terminos generales esto se
debe a la presión de confinamiento,dureza,resistencia a la
compresión,plasticidad,compactación,temperatura,etc.,se
incrementan con la profundidad y de esta manera se reduce
la velocidad de penetración.
PROPIEDADES DEL FLUIDO
DE PERFORACIÓN. El fluido de perforación es considerado el factor SIMPLE más importante que afecta a la velocidad de penetración; de aquí que para un área en particular la selección apropiada, diseño y mantenimiento de las propiedades del fluido de perforación permitirá el empleo de una hidráulica óptima para obtener una limpieza eficiente tanto de la barrena como del fondo del pozo,así como la definición óptima de la relación peso sobre barrena-velocidad de rtación, a fin de obtener velocidades de penetración adecuadas.Los fluidos de perforación se diseñan y seleccionan de acuerdo con las características de la formación a ser perforadas y deben cumplir al menos una o varias de sus funciones principales como puede verse:
Funciones de los fluidos Enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforación.
Remover los recortes del fondo del pozo.
Transportar los recortes hacia la superficie.
Minimizar el daño a la formación.
Controlar las presiones de formación.
Mantener la estabilidad del agujero.
Permitir las operaciónes de toma de registros.
Minimizar la corrosión de las sartas de la tubería.
Reducir el Torque,fricción y tendencias de pegaduras de las tuberías.
Incrementar la Velocidad de perforación.
PROPIEDADES DEL FLUIDO
DE PERFORACIÓN DENSIDAD DEL FLUIDO ( PRESIÓN DIFERENCIAL ).- La
reducción en el Ritmo de Penetración, por efecto de las
propiedades del fluido de Perforación, se originan
principalmente por la presencia de una Presión Diferencial,
entre la Presión Hidrostática del fluido y la Presión de Poro
de la formación, que actúa sobre el fondo del pozo.
PRESIÓN DIFERENCIAL= Ph - Pf
Donde:
Ph= Presión Hidrostática
Pf= Presión de Formación
PROPIEDADES DEL FLUIDO
DE PERFORACIÓN
PROPIEDADES DEL FLUIDO
DE PERFORACIÓN
PROPIEDADES DEL FLUIDO
DE PERFORACIÓN VISCOSIDAD.- En las operaciones normales de perforación se genera un problema de limpieza del fondo del pozo debido al efecto de la densidad del fluido sobre los recortes generados por la barrena. De aqui que el efecto de la viscosidad del fluido sobre la velocidad de penetración puede ser visualizado como un problema de limpieza (barrido) de los recortes,en cuanto éstos son creados por la barrena , para evitar que sean remolidos e incrementar así la velocidad de penetración.
Basados en lo anterior, es lógico suponer que la eficiencia del fluido de perforación, para limpiar de recortes el fondo del pozo,es mayor cuando se utilizan fluidos de baja viscosidad en un flujo altamente TURBULENTO, que cundo se emplea un fluido muy viscoso fluyendo en regimen laminar.
PROPIEDADES DEL FLUIDO
DE PERFORACIÓN
PROPIEDADES DEL FLUIDO
DE PERFORACIÓN CONTENIDO DE SÓLIDOS.- De manera similar a la
densidad del fluido, el contenido de sólidos es la propiedad
que más efecto tiene sobre el ritmo de penetración y
separar el efecto del contenido de sólidos del efecto de la
densidad y otras propiedades del fluido es difícil, debido a
que existe una relación muy estrecha entre el contenido de
sólidos,densidad,viscosidad,perdida de filtrado,formación
de enjarre,etc., de tal manera que es casi imposible
separar,de los datos obtenidos en pruebas de campo y
laboratorio,el efecto de los sólidos para aislar
completamente este factor.
Propiedades del Fluido de
Perforación
Propiedades del Fluido de
Perforación Perdida de Filtrado.- El concepto de que la velocidad de
penetración se incrementa cuando la Pérdida de filtrado del
fluido de perforación aumenta fue el resultado de
observaciones de campo.Esta pérdida de filtrado depende
principalmente del contenido y tipo de sólidos presentes en
el fluido.De acuerdo con el contenido y tipo de sólidos,el
fluido de perforación tenderá a filtrar la fase liquida hacia la
formación y a depositar una película impermeable en las
paredes del pozo ( enjarre ). Esta filtración es una funciòn
de la permeabilidad de la formación, la diferencial de
presión y el contenido de sólidos del fluido.
Propiedades del Fluido de
Perforación
PARADOJA DEL CONTROL DEL FLUIDO.-
Se desea una pérdida inicial de filtrado BAJA para
minimizar el daño a la formación y mejorar la
estabilidad del agujero.
Pero es DESEABLE una pérdida inicial de filtrado
elevada para efectos de incrementar la velocidad de
penetración.
Propiedades del Fluido de
Perforación CONTENIDO DE ACEITE.- Es más notable en formaciones Suaves mientras que en formaciones duras el efecto es más reducido. Las razones por las cuales el contenido de aceite en el fluido incrementa la velocidad de penetración , se cree que son:
Las características de lubricación del aceite reduce la tendencia al embolamiento.
La misma lubricidad del aceite promueve la aplicación de un mayor peso sobre la barrena en el fondo. Esto resulta debido a la disminución de la fricción entre la sarta y las paredes del agujero.
Sin embargo, cuando el contenido de aceite se incrementa más allá de un 20 % en volúmen, su efecto se invierte reduciendo la velocidad; puede ser por un
HIDRAULICA DE LA
PERFORACIÓN Hay algunas preguntas de desacuerdo son:
1.- ¿ Qué cantidad de limpieza del fondo del agujero se requiere para una formación y área determinada ?
2.- ¿ Cuál es el método de diseño hidráulico que permitirá incrementar la limpieza de la barrena y del fondo del agujero?
3.- Qué parámetros emplear para representar un cierto nivel de limpieza ?
Es pertinente aclarar que el fluido de perforación, independientemente de la velocidad de éste a través de las toberas de la barrena, no destruye la roca consolidada.
Por lo tanto, en lo que a « hacer agujero » se refiere,la función de la hidráulica y fluido de perforación es únicamente eliminar los recortes del fondo del pozo.
HIDRAULICA DE LA
PERFORACIÓN
Ver figura 24 y 25 pags.- 44 y 45.
En muchas formaciones suaves y medias es dificil
determinar el límite de limpieza del fondo necesaria
para obtener una mayor velocidad de perforación.
Datos de campo parecen indicar que el ritmo de
penetración se incrementa cuando la potencia
hidráulica en la barrena se incrementa .
TIPOS DE BARRENA. La selección del tipo de Barrena es muy importante.
La selección de la barrena deberá estar basada en varios factores tales como el tipo de formación (ya que depende de la dureza de cada una), fluido de perforación, condiciones de operación y además deberá fundamentarse en el análisis de registros de corridas de barrenas en pozos vecinos o similares,predicción de la litología esperada,etc.
Las prácticas de campo han demostrado que entre las barrenas diseñadas para un mismo tipo de formación, suave, media o dura, una barrena de dientes maquinados perfora más rapidamente que una de insertos de carburo de tungsteno,pero no tan rápido como una PDC en formaciones suaves o medias, a menos que la formación sea «pegajosa».
TIPOS DE BARRENA
En el caso en que la formación sea abrasiva, entonces la
selección natural será una barrena de insertos, debido a la
resistencia de estos a la acción abrasiva de la formación y
en el caso de formaciónes duras, donde se requiere de
mayores pesos,posiblemente se requiera de una de
diamantes,
EFECTO DEL DESGASTE DE LA BARRENA.- Es muy
importante la reducción de la velocidad a medida que se va
desgastando la barrena.cer. Fig.29 pag.52
PESO SOBRE LA BARRENA. El peso sobre la barrena y la velocidad de rotación son los factores que se pueden alterar o modificar más fácilmente, Prácticamente en todas las áreas, la velocidad de penetración está gobernada por el peso sobre la barrena y/o la velocidad de rotación. Por supuesto que existen limitaciones en la aplicación de cualquiera de estos factores y están principalmente relacionados con la capacidad del equipo,potencia hidráulica disponible, consideraciones de desviación, falla de la barrena, falla estructural de la sarta de perforación,etcétera.
El peso sobre la barrena es por definición la carga aplicada a la misma mediante los lastrabarrenas, a fin de lograr que el diente penetre y/o fracture la formación.(ver.fig 30 pag.- 56)
VELOCIDAD DE ROTACIÓN. La velocidad de rotación es la velocidad a la cual la
mesa rotatoria hace girar la sarta de perforación y
ésta asu vez a la barrena. La velocidad de rotación
se expresa en revoluciones por minuto.(ver fig 32
pag.- 59).
En formaciones suaves la velocidad de penetración
es directamente proporcional a la velocidad de
rotación . En formaciones duras es una relación
exponencial. Cuando se perforan formaciones duras
no deberán emplearse altas velocidades de rotación
( superiores a 150 rpm ). Se requiere de una
limpieza eficiente del fondo del pozo.
RESTRICCIONES Y CONCLUSIONES
En secciones anteriores solo se discutieron factores
independientes que de una manera u otra afectan a
la velocidad de penetración.
En la practica común esto no es del todo cierto
debido a que todas las variables discutidas actúan
simultáneamente.
Es necesario observar y analizar detenidamente
todo el proceso de la PERFORACIÓN Y CONCLUIR
DE LO COMPLEJO QUE RESULTA, sin embargo se
puede hacer más eficiente.
FIN DE TEMA