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Geopresiones, diseño y asentamiento de TR’s
ÍndiceObjetivo…………………………………………………………………………………2
Introducción…………………………………………………………………………….2
Geopresiones…………………………………………………………………………..3
Diseño y asentamiento de tuberías de revestimiento……………………………...5
Asentamiento de TR’s…………………………………….......………………6 Diseño de TR’s…………………………………………………………………8
Conclusión……………………………………………………………………………..12
Bibliografía……………………………………………………………………………..13
Universidad Politécnica del Golfo de México
Ingeniería de perforación y terminación de pozosDocente: Ing. Arnulfo Domingo OrtegaAlumna:
Stephanie Velázquez Hernández
Geopresiones, diseño y asentamiento de TR’s
Objetivo
Definir qué son las geopresiones así como su metodología para su predicción, así
como los conceptos básicos. De la misma manera plantear las tuberías de revestimiento, su diseño y asentamiento.
Introducción
Problemas de flujo y descontrol, pegaduras por presión diferencial, pérdidas de circulación, colapsos de tuberías de revestimiento y derrumbes de formación suelen incrementar considerablemente el costo de un pozo y el tiempo de perforación del mismo. Estos problemas son causados generalmente por una deficiente predicción de las geopresiones, esto nos hace entender conocerlas y poder predecirlas proporciona a los ingenieros de pozo la posibilidad de tomar decisiones acertadas en cuanto al diseño y asentamientos de tuberías de revestimiento.
Geopresiones, diseño y asentamiento de TR’s
GeopresionesSon las presiones que nos encontraremos durante la perforación de los pozos, las cuales tienen su origen durante y después de la depositación de los sedimentos que como sabemos dan origen a las formaciones. Se clasifican de la siguiente manera:
Normales Subnormales Anormales
Los cambios de presiones están ligados a cambios de temperatura y permeabilidad de los yacimientos, atribuibles a cambios mineralógicos de las formaciones y por consiguiente, a cambios laterales o verticales de facies y planos de falla.
El conocimiento de las presiones de sobrecarga, poro y de fractura de las formaciones a perforar es fundamental para una óptima planeación en la perforación del pozo. El desconocimiento o mala predicción de estas presiones ocasionan los siguientes problemas:
Asentamientos inadecuados de las TR’s Pegaduras de tuberías por presión diferencial Perdidas de circulación Perdida de objetivo Brotes
Presión de sobrecarga
La presión de sobrecarga (S) es el peso de la columna de roca más los fluidos contenidos en el espacio poroso que soporta una formación a una determinada profundidad. Durante el proceso de depositación normal, la presión de sobrecarga se incrementa conforme los sedimentos se acumulan. El incremento de la sobrecarga compacta los sedimentos, resultando en un decremento de la porosidad.
Presión de poro o de yacimiento
La presión de poro (pp) es la presión natural, originada por los procesos geológicos de depositación y
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compactación, a la que se encuentran sometidos los fluidos contenidos en los espacios porosos (porosidad) de la formación. La presión de poro puede ser normal o anormal.
Presión de fractura
Es la presión que soporta la roca sin fracturarse. Dependiendo de la magnitud de los esfuerzos principales, la fractura será vertical u horizontal, pero siempre se fracturara perpendicular al esfuerzo mínimo.
Predicción de las geopresiones
Todos los métodos de predicción de las Geopresiones están basados en el principio de Terzaghi. El cual define que la presión de sobrecarga Psc, es igual a la suma del esfuerzo efectivo 𝜎 más la presión de poro.
En pozos exploratorios se utiliza más información sísmica y en pozos de desarrollo es más común utilizar información de registros geofísicos.
1) Determine la presión de sobrecarga (Psc):
Donde ρFi es la densidad promedio de la formación (gr/cm3) comprendida entre las profundidades iD y 1−iD (m) (figura). ρFi se determina en forma directa del registro de densidad de pozos de correlación o con la siguiente correlación empírica, si únicamente se cuenta con el registro sónico o información sísmica.
2) Determine los intervalos de lutitas limpiasLinea base de lutitas: Al trazar esta línea considerar los valores máximos de resistividad y, en el registro sónico, tomar en cuenta los valores mínimos. Selección de puntos de lutitas: Para cada lectura
en el registro RG o SP, igual o mayor que la línea base de lutitas, marcar la lectura de tiempo de tránsito o de resistividad a la profundidad correspondiente.
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Unión de puntos de lutitas: Con los puntos de lutita seleccionados, se procede a unir éstos para definir el comportamiento de la porosidad en el (los) registro(s) utilizado(s). Precisamente, sobre la línea que une los puntos de lutita se trazará la tendencia normal de compactación para el cálculo de la presión de poro como en la figura.
3) Determine la presión de poro (Pp)4) En un estudio del estado del arte de los métodos de predicción de presión
de poro se identificaron 15 métodos. Sin embargo, los mejores y más usados por la industria petrolera son: el método de Hottman y Johnson, el método de Foster y Whalen o profundidad equivalente, el método de Eaton y el método del exponente.
5) Calibrar las predicciones de las presiones de poro y fracturaEs necesario dichas calibraciones, de tal manera que se pueda realizar un análisis comparativo con los datos programados y así obtener las geopresiones definitivas para el pozo.
Esta metodología se puede aplicar para la predicción de geopresiones, tanto para pozos de desarrollo como para pozos exploratorios.
Problemas por la deficiencia de la predicción de geopresiones
Problemas de flujo y descontrol Pegaduras por presión diferencial Perdidas de circulación Colapsos de tuberías de revestimiento y derrumbes de formación
Diseño y asentamiento de tuberías de revestimiento
Las tuberías de revestimiento tienen un papel muy importante en la perforación de pozos, ya que representan una porción muy significativa del costo total de éste, entre el 15 y 35%. Por lo anterior, una selección óptima de los tubulares puede generar un ahorro importante en dicho costo. En este trabajo se tratará de mostrar los conceptos que se deben considerar para el diseño y asentamiento de las tuberías de revestimiento, para que éstas puedan resistir las cargas impuestas durante la Perforación, Terminación y Reparación de Pozos, al mínimo costo.
Las tuberías de revestimiento son preponderantes, para lograr el objetivo del pozo. Por lo tanto la determinación de la profundidad de asentamiento y la selección de cada sarta de TR’s, forman parte importante del diseño de la perforación. La determinación de las profundidades de asentamiento está en función de las condiciones geológicas a perforar. El criterio de selección de la profundidad de
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asentamiento varía de acuerdo a la función específica de cada sarta de tubería de revestimiento, como pueden ser de:
Superficiales Intermedias De producción
El aislamiento de zonas deleznables, zonas de pérdida de circulación y zonas de presión anormal, rigen los principales criterios de selección. Por lo que respecta al diseño se establece que las tuberías de revestimiento deberán resistir las cargas impuestas durante la perforación, terminación y reparación de un pozo, al mínimo costo, como se había mencionado antes.
Asentamiento de TR’s
Una vez construido el perfil de geopresiones, el siguiente paso, en el diseño del pozo, es determinar el asentamiento de las tuberías de revestimiento. El proceso se realiza partiendo del fondo del pozo, hacía la parte superior, como se indica en la figura.
Seguidamente se describe brevemente la finalidad del asentamiento de cada uno de los tipos de tuberías de revestimiento:
Tubo conductor.- Su objetivo es aislar acuíferos superficiales y tener un medio para la circulación del fluido de perforación.
Tubería superficial.- Tiene como objetivo, aislar acuíferos superficiales e instalar conexiones superficiales de control.
Tubería intermedia.- Se cementa en la cima de la zona de presión anormalmente alta, para cambiar la base al lodo de perforación e incrementar la densidad del mismo. Cuando las zonas de presión anormal se extienden en profundidad, o se presentan intercalaciones de zonas de alta y baja presión, será necesario emplear más de una tubería intermedia.
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Tubería de explotación.- Permite la explotación selectiva de los intervalos que presenten las mejores características.
Los principales parámetros que influyen en la determinación de la profundidad de asentamiento de las TR’s son:
Diámetro requerido al objetivo. Tipo de formación y su contenido de fluidos Presión de formación y fractura Densidad del fluido de control Presión diferencial Máximo volumen al brote durante la perforación
Asentamiento de la Tubería de Explotación
Aunque generalmente la tubería de explotación se asienta hasta la profundidad total programada, se debe considerar que la premisa es asentarla a la profundidad donde se permita la explotación de los intervalos definidos.
Asentamiento de Tubería Intermedia
Se grafica la presión de formación más su margen de control, y la presión de fractura, menos su margen respectivo, (todos expresados en gradiente de densidad de lodo equivalente) contra la profundidad.
A partir del máximo valor de densidad a utilizar en el fondo del pozo, se proyecta una línea vertical hasta interceptar la curva del gradiente de fractura afectado por su margen
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de seguridad. La profundidad de esta intersección definirá el asentamiento de la tubería intermedia más profunda. Para cada asentamiento de tubería intermedia, será necesario revisar el margen por presión diferencial para asegurar que no se exponga al pozo a un riesgo de pegadura por presión diferencial.
Asentamiento de Tubería Superficial
Para este caso es necesario considerar el concepto de la tolerancia al brote, en el cual se compara la curva del gradiente de presión de fractura con la presión generada en el pozo durante el control de un brote.
En este caso el objetivo es seleccionar la profundidad de asentamiento que evite un brote subterráneo, por lo cual es necesario determinar una profundidad a la cual la formación tenga la capacidad suficiente para soportar las presiones impuestas por un brote.
Diseño final de asentamiento de TR’s utilizando perfil de geopresiones
Diseño de Tr’s
El diseño de revestimiento envuelve la determinación de los factores que influyen en la falla de los mismos y en la selección de los grados y pesos de tubulares más apropiados para las operaciones específicas. El programa de revestidores deberá también reflejar los requerimientos de completamiento y producción del pozo. Lo que se busca lograr es un recipiente que sea capaz de soportar las presiones interiores y exteriores, así como las cargas axiales a las que se vea sometido. En general, el costo de los revestidores con diferentes grados de acero, es proporcional a su peso. A mayor peso, mayor será el costo del tubo.
Respecto al diseño de la tubería de revestimiento, se consideran tres pasos básicos:
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Determinar el diámetro y longitud de las sartas de tuberías. Calcular el tipo y magnitud de esfuerzos que serán encontrados. Seleccionar los pesos y grados de T.R que no fallaran al estar sujetos a las
cargas.
Por lo tanto, el objetivo del diseño es permitir el control de las condiciones esperadas del pozo, para que las sartas sean seguras y económicas.
Diseño para TR superficial
Presión interna
Se considera un brote de gas metano y toda la tubería llena de gas.
Tener cuidado de no sobrepasar la presión de fractura por debajo de la zapata.
El respaldo se considera la presión de formación del área.
El efecto de cemento despreciable.
Colapso
La carga es el fluido de perforación cuando se perforó esa etapa.
Se considera una pérdida de circulación cuando se está perforando a la profundidad de la siguiente etapa, quedando el nivel a una altura equivalente a la presión de formación normal de la zona; o un tercio de la evacuación.
El efecto de cemento despreciable.
Diseño para TR intermedia
Presión interna
Se considera un brote de gas metano; por lo que la tubería contendrá en su interior fluido de perforación y gas.
Geopresiones, diseño y asentamiento de TR’s
Tener cuidado de no sobrepasar la presión de fractura en la zapata (durante la circulación del brote).
El respaldo se considera la presión de formación del área. El efecto de cemento despreciable.
Colapso
La carga es el fluido de perforación cuando se perforó esa etapa.
Se considera una pérdida de circulación cuando se está perforando a la profundidad de la siguiente etapa, quedando el nivel a una altura equivalente a la presión de formación normal de la zona.
El efecto de cemento despreciable.
Tubería de explotación
Observaciones a considerar:
La tubería de explotación deberá ser diseñada a su máximo colapso, debido a que en operaciones de terminación del pozo, porque pueden presentarse eventos que causan una evacuación total dentro del pozo.
La tubería de explotación debe de ser diseñada a su máxima presión interna debido a que se considera un manejo de altas presiones por la inyección durante las estimulaciones o fracturamientos.
Presión interna
Se considera que se presenta una fuga de presión de la tubería de producción a la tubería de revestimiento cerca de la superficie. La presión será igual a la presión de formación.
Se considera gas por la tubería de producción. Se considera el fluido por
el exterior, que sufre una degradación.
Colapso
La tubería de explotación se considera completamente vacía.
Se considera una fuga del fluido empacante. Se considera por el exterior de la tubería la
densidad del fluido de perforación.
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Procedimiento para meter tuberías de revestimiento
Existen prácticas operativas que deben desempeñar el personal que labora en equipos de perforación y mantenimiento de pozos directamente involucrados en operación de perforación, terminación y reparación de pozos.
Geopresiones, diseño y asentamiento de TR’s
Geopresiones, diseño y asentamiento de TR’s
Perfil de Geopresiones y asentamientos de TR en base en la información sísmica y de los pozos Hokchi-1 y Yaxche-101.
Recomendaciones para el diseño de TR’s
El usar factores de diseño mayores a los requeridos, incrementa el costo de las sartas de TRs. Por lo cual, se recomienda estandarizar estos factores de diseño a los valores recomendados.
La selección de TR y roscas debe apegarse al diseño, respetando el criterio de manejar como máximo tres secciones por corrida. Esto evita costos excesivos de TR y problemas de logística para su introducción.
Se recomienda estandarizar los diseños de TR’s.
Conclusión
El diseño de la perforación de pozos es un proceso sistemático. Requiriendo de diferentes aspectos, primordialmente de las predicciones de geopresiones y el diseño y asentamiento de las tuberías de revestimiento. Siempre y cuando que el objetivo del diseño permita el control de las condiciones esperadas del pozo, para que las sartas sean seguras y económicas. Ya que lo que busca una perforación de un pozo sea económicamente rentable. Teniendo en cuenta que el desconocimiento o mala predicción de las geopresiones ocasionan problemas como:
Asentamientos inadecuados de las TR’s Pegaduras de tuberías por presión diferencial Perdidas de circulación Perdida de objetivo
Geopresiones, diseño y asentamiento de TR’s
Brotes
Bibliografía
Guía de Diseño para el Asentamiento y Diseño de Tuberías de Revestimiento [en línea], disponible en:
https://docs.google.com/file/d/0BxOtjE5VdoNnX09McU9TRExNOFk/edit?pli=1
Diseño de Tuberías de Revestimiento [en línea], disponible en file:///C:/Users/acer/Downloads/Dise%C3%B1o%20tuber%C3%ADa%20revestimiento%203.pdf
Geopresiones [en línea], disponible en
https://docs.google.com/file/d/0BxOtjE5VdoNnVThnMVptZlBwXzg/edit?pli=1
Diseño de Tuberías de Revestimiento [en línea], disponible en
https://docs.google.com/file/d/0BxOtjE5VdoNnVWI3VDRsc2RpQzQ/edit?pli=1
