factores que afectan la vel perf

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factores que afectan la velocidad de perforacion

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Page 1: Factores Que Afectan La Vel Perf
Page 2: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 3: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 4: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 5: Factores Que Afectan La Vel Perf

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 .

Page 6: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 7: Factores Que Afectan La Vel Perf

Tabla 1.- variables que

afectan….

Page 8: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 9: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 10: Factores Que Afectan La Vel Perf
Page 11: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

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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.

Page 14: Factores Que Afectan La Vel Perf

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)

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Page 16: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 17: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 18: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 19: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 20: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 21: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

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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:

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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.

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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

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PROPIEDADES DEL FLUIDO

DE PERFORACIÓN

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PROPIEDADES DEL FLUIDO

DE PERFORACIÓN

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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.

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PROPIEDADES DEL FLUIDO

DE PERFORACIÓN

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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.

Page 31: Factores Que Afectan La Vel Perf

Propiedades del Fluido de

Perforación

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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.

Page 33: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

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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

Page 36: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 37: Factores Que Afectan La Vel Perf

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 .

Page 38: Factores Que Afectan La Vel Perf

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».

Page 39: Factores Que Afectan La Vel Perf

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

Page 40: Factores Que Afectan La Vel Perf

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)

Page 41: Factores Que Afectan La Vel Perf

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.

Page 42: Factores Que Afectan La Vel Perf

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