PERFORACION CONVENCIONAL VS PERFORACION CON CASING by Coinspetrol Ltda

PERFORACION CONVENCIONAL VS PERFORACION CON CASING

HEIBERTH FRANCISCO PARRA TORRES RICHARD HAIR CUELLAR GARCIA

CORPORACION INSTITUCIONAL DEL PETROLEO “COINSPETROL” LTDA. TECNICO EN PERFORACION Y COMPLEMENTACION DE POZOS PETROLEROS VILLAVICENCIO - META 2009 1

PERFORACION CONVENCIONAL VS PERFORACION CON CASING

HEIBERTH FRANCISCO PARRA TORRES RICHARD HAIR CUELLAR GARCIA

TRABAJO DE GRADO PRESENTADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE TÉCNICO EN PERFORACIÓN Y COMPLEMENTACIÓN DE POZOS PETROLEROS.

CORPORACION INSTITUCIONAL DEL PETROLEO “COINSPETROL” LTDA. TECNICO EN PERFORACION Y COMPLEMENTACION DE POZOS PETROLERO VILLAVICENCIO - META 2009 NOTA DE ACEPTACIÓN 2

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Director del proyecto ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________

Villavicencio, Octubre de 2009 DEDICATORIA 3

este trabajo fue dedicado a los estudiantes de PERFORACION IV, a los ingenieros que dictan clase a esta técnica y en si a todas las personas que con su ayuda nos motivaron para llevar este proyecto adelante a mi santa madre Rafaela Torres Hernández por su excelente apoyo moral y económico. HEIBERTH PARRA Este trabajo es dedicado especialmente a mis padres Doris García, Gonzalo Cuellar, por su colaboración tanto emocional como económicamente, y por su apoyo durante el transcurso de mis estudios técnicos. RICHARD CUELLAR

AGRADECIMIENTOS 4

Los siguientes agradecimientos son especialmente a las personas que ayudaron económicamente y moralmente en este proyecto para que siguiera adelante. Al ingeniero Andrés Peralta por su orientación y asesoría en estos temas de tecnologías de perforación. Al licenciado Gilberto Cárdenas Rodríguez gracias por su colaboración como director del área de proyectos el cual nos colaboro con todo lo relacionado con las normas Icontec. También y más importante es el darle gracias a nuestros padres de familia por su apoyo moral y económico para que siguiéramos adelante con este proyecto muchas gracias por estar presentes para ayudarnos a sacar este trabajo.

Los Autores

TABLA DE CONTENIDO 5

Página INTRODUCCION 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA----------------------------------------------9 2. JUSTIFICACION--------------------------------------------------------------------------10 3. METODOLOGIA-------------------------------------------------------------------------11 4. ALCANCES Y LIMITACIONES-------------------------------------------------------12 5. OBJETIVOS--------------------------------------------------------------------------------13 5.1 objetivo general------------------------------------------------------------------------13 5.2 objetivos específicos------------------------------------------------------------------13 6. MARCO TEORICO----------------------------------------------------------------------14 6.1 perforación convencional vs perforación con casing---------------------------14 6.2 casing drive System--------------------------------------------------------------------20 6.3 funciones importante del casing-----------------------------------------------------22 6.4 diseño de los pozos---------------------------------------------------------------------25 7. CONCLUSIONES -------------------------------------------------------------------------32 BIBLIOGRAFIA------------------------------------------------------------------------------ 33 ANEXOS ---------------------------------------------------------------------------------------34

GLOSARIO 6

CASING DRILLING: perforación con tubería de revestimiento B.O.P: preventoras (Blow Out Preventor) BARRENA: broca P.D.C: broca que no tiene grilletes de rotación es de una sola pieza. R.O.P: rata de penetración (Rate of Penetre) B.H.A: ensamblaje en el fondo del pozo (Botton Hole Assembly) T.R: tubería de revestimiento CDS: casing drive system P.D.M: posity desplaciting motor D.T.M: diferencia de tiempo de maniobras ECD: (Densidad Equivalente de Circulación) POZOS VERTICALES: es un pozo con ninguna desviación POZOS DESVIADOS O CON DESVIACIÓN: es un pozo con un Angulo de desviación

INTRODUCCION 7

Este trabajo se realiza con fines de concebir y afianzar los conocimientos acerca de las nuevas tecnologías de perforación haciendo énfasis en la perforación con casing por eso se toma la iniciativa de realizar una comparación entre la perforación convencional y la perforación con casing con el fin de emitir un conocimiento acerca de estas tecnologías que son importantes en la industria del petróleo por tal motivo se analizaran sus ventajas y desventajas. Además estos temas son importantes especialmente para los estudiantes que se están preparando para entrar a laborar en la industria del petróleo y aun para los que no vayan a salir todavía a laborar, los estudiantes deben estar informados a cerca de las tecnologías y avances en la industria petrolera por eso el propósito de este trabajo permite presentar una información a los estudiantes aunque habla de solo de perforación convencional y casing , los estudiantes pueden diferenciar entre estas dos técnicas de perforación y aprender más de estos temas que en un futuro le puedan serviles. La perforación con casing permite una reducción de costos y sus resultados son más rápidos también minimiza los riesgos tanto ambiental y para los trabajadores que utilizan estas tecnologías estableciendo un trabajo comparativo con la perforación convencional. Esta investigación está proyectada con fines educativos para los estudiantes del instituto corporativo COINSPETROL como guía de consulta y de estudio además se entregará a la biblioteca del instituto para beneficio de todos los estudiantes.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 8

Uno de los principales problemas como estudiantes de la institución corporativa COINSPETROL en el área de la biblioteca fue la inexistencia de documentos con los temas específicos para que los estudiantes puedan consultar mejorando su aprendizaje además, el personal encargado o no sabe del tema o no conoce donde encuentran los libros que se necesitan para consultar. La elaboración de este trabajo proporcionara una ayuda para que los estudiantes de perforación y complementación de pozos petroleros interesados en estos temas con una información clara y técnica acerca de las operaciones de CASING DRILLING y cuál es la diferencia de la perforación convencional este trabajo será otorgado a la institución para fortalecer el área investigativa y para que pueda servir a futuro a la biblioteca virtual mejorando las condiciones de búsqueda y la calidad de las consultas de los estudiantes de COINSPETROL realicen permitiendo que sus aprendizajes sean más productivos.

2. JUSTIFICACION 9

Siendo la institución relativamente nueva en la región impartiendo educación orientada hacia la explotación petrolera, no cuenta con una gama amplia de recursos bibliográficos en los cuales los estudiantes aprendices pueda reforzar los conocimientos recibidos desde las aulas. Es por ello que el grupo de investigación presenta esta trabajo, primeramente como requisito para optar al Título de Técnico de Perforación y Complementación de Pozos petroleros y en segunda instancia como un aporte a la institución que orientará futuros procesos educativos en estudiantes interesados en aprender a cerca de la perforación convencional y la perforación con casing , cuáles son sus ventajas y desventajas, porque debemos estar informados a cerca de la nuevas tecnologías de perforación y herramientas de avanzada tecnología afianzando nuestros conocimientos acerca de las nuevas tecnologías en perforación. De forma sencilla, se presentará la información a demás este trabajo servirá como un aporte a los estudiantes de la técnica de perforación y complementación de pozos petroleros, no obstante sobre recordar que este documento es para el uso de cualquier técnica interesada en la búsqueda de estos temas que nos interesan a todas las técnicas que están comprometidas con la gran industria que es la petrolera por tal motivo estar informado de sus avances tecnológicos nos ayudara para un futuro.

3. METODOLOGIA 10

Se emplearon estudios experimentales exploratorios, los cuales permiten a través de la revisión de diversas fuentes de información establecer conocimientos más simples para presentar temas conocidos. La exploración investigativa como fuente del conocimiento vincula de manera dinámica no solo textos, internet, revistas especializadas, sino la contribución de personas como el caso de los ingenieros que con sus aportes fundamentales permiten aclarar posibles dudas que los investigadores presenten. Se recopila la información, posteriormente se organizo y se le pidió una asesoría al ingeniero Andrés Peralta para que la revisara de manera acertada oriento el proceso para poderla plasmar en este informe final que hoy se presenta. El vocabulario que utilizamos es muy técnico y muy propio de este campo y por lo consiguiente se manejara palabras técnicas básicas para el aprendizaje de las personas interesadas en este tema, teniendo en cuenta que al realizar una comparación entre la perforación convencional y perforación con casing, debido a que el tema es muy técnico, hay abreviaturas que no conocen, algunos estudiantes por eso decidimos hacer un glosario para que sirva de ayuda y para enriquecer nuestro vocabulario que servirá cuando se labore en la industria petrolera facilitándose el trabajo de perforación de pozos.

4. ALCANCES Y LIMITACIONES 11

Este proyecto se prestara como una guía de estudio y aprendizaje para que los estudiantes de todas las carreras técnicas interesados en estar informados en lo de nuevas tecnologías que están llegando a la industria petrolera tomando como énfasis los temas de perforación convencional y perforación con casing para así saber cuál es la diferencia que hay entre ellas y si benefician a la industria petrolera. Este proyecto ha tenido limitaciones debido a que la información es muy difícil de encontrar así que el grupo de trabajo tuvo que pedir una orientación al ingeniero ANDRES PERALTA docente de COINSPETROL quien nos compartió información a cerca de estos temas, nos oriento y asesoro en el proyecto para su realización. También hemos tenido problemas especialmente económicos ya que siempre estas investigación en internet nos cuesta plata además gastamos mucho dinero en pasajes para reunirnos para realización de este proyecto, hemos tenido algunos roces entre nosotros por desacuerdos en temas por tal motivo nos ha tocado darnos a lucha por investigar más para poder sacar este proyecto de grado.

5. OBJETIVOS 12

5.1 OBJETIVO GENERAL Identificar y presentar informe técnico sobre las ventajas operacionales que tiene la tubería de revestimiento y emitir una información más técnica y fácil de entender para todo el personal interesado en las nuevas tecnologías que llegan a la industria petrolera haciendo énfasis en la perforación con casing comparándola con la perforación tradicional a través de la revisión de diversas fuentes de investigación estableciéndolo como manual de consulta y aprendizaje. 5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Buscar la información adecuada, organizarla y presentarla a través de un informe final que establezca de forma comparativa la diferencia entre perforación con casing y perforación tradicional en pozos petroleros. Transmitir un conocimiento a los estudiantes interesados en aprender estos temas más afondo. Demostrar las diferencias entre la perforación convencional y la perforación con casing y cuáles son los beneficios, desventajas de cada una de ellas. Apoyar e incentivar la investigación y afianzar conocimientos adquiridos para poderlos transmitir de una manera clara.

6. MARCO TEORICO 13

6.1 PERFORACION CONVENCIONAL VS PERFORACION CON CASING Este trabajo fue hecho con fines educativos, sírvase de analizar este trabajo por su importancia que tiene debido a que el avance en tecnologías es un tema que es interesante aprender, tomando con énfasis la comparación entre perforar con CASING y la perforación convencional, la perforación con casing elimina la necesidad de bajar la columna de perforación convencional, que luego debe ser extraída para instalar la tubería de revestimiento permanente. Además, mitiga los problemas de pérdida de circulación, mejora el control del pozo y reduce el tiempo de equipo de perforación no productivo, disminuyendo al mismo tiempo el riesgo de que se produzcan desviaciones no programadas o atascamientos de las tuberías al contrario de la convencional. En la perforación convencional hay más probabilidades de pegas a pesar que existe control del pozo no es igual que cuando se perfora con casing debido a estos problemas la perforación convencional es mas demorada y hay más gastos. Con Casing Drilling se evita menos viajes de entrada y salida del pozo, más seguridad en su posicionamiento, mayor eficiencia y menores costos se tradujeron en una gama de aplicaciones en expansión que ahora incluye la perforación direccional con tubería de revestimiento la utilización de tubería de revestimiento para la perforación constituye una tecnología incipiente que permite que la desviación a tomar sean más rápidas y se presenten menos problemas. Con esta tecnología bajan los costos de construcción de pozos, locaciones, mejora la eficiencia operacional y la seguridad; así como minimizar el impacto ambiental, esta técnica de perforación utiliza los tubulares de gran diámetro que quedaran instalados permanentemente en el pozo, en lugar de la sarta de perforación convencional. Por eso las operaciones de perforación con casing resultan cada vez más atractivas para las compañías operadoras, 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, disminuye la posibilidad de que se produzcan desviaciones no programadas y minimiza el desgaste interior de las sartas de revestimiento de superficie o intermedias instaladas previamente. Los nuevos equipos de perforación compactos para operaciones de perforación con tubería de revestimiento requieren menos potencia, utiliza menos combustible, producen menos emisiones, operan desde locaciones de superficie más pequeñas y pueden ser transportados en forma más rápida y fácil. 14

Los equipos de perforación convencionales son de mayor tamaño, estos presentan algunos problemas comunes que se evitan cuando se aplica la tecnología de Casing Drilling. Los Taladros y equipos no adecuados para aplicación de esta tecnología, la logística es compleja y criticada por las fechas en los cuales se hacen estos trabajos (semana santa, sábados, domingos y fiestas), presentándose múltiples inconvenientes logísticos por la actitud de autoridades viales, regionales y nacionales, vecinos y transportistas con actitud cansona, que no comprenden que el trabajo no se puede detener. La perforación convencional de pozos de petróleo y gas utilizan una herramienta compuesta esencialmente por barras de sondeo y porta mechas 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 misma1.

Figura 1: Tuberia de Casing, (ANEXOS, página: 20)

1 Archivo PDF. PERFORACIÓN DE POZOS DIRECCIONALES CON TUBERIA DE REVESTIMIENTO. Autores KYLER R. FONTRNOT (Conoco Phillips Venezuela) , BILL LESSO (Houston, Texas EUA), TOMMY M. WARREN (Tesco corporation, Houston, Texas),

Figura 2: Torre de perforación convencional, (ANEXOS, página: 20).

La Perforación con Casing es una tecnología que está cobrando auge debido a la posibilidad que ofrece de perforar y entubar simultáneamente un pozo, en este proceso la tubería de encamisado (casing) se usa en reemplazo de la barra de sondeo para transmitir energía mecánica e hidráulica al trépano, la manera de perforar se hace básicamente de dos formas diferentes: 1. Utilizando un conjunto de fondo que es recuperable mediante maniobras con cable que permiten acceder rápidamente al trépano, motor de fondo y demás componentes. 2. Sin conjunto de fondo, con el trépano y accesorios de flotación directamente solidarios al casing, los cuales quedarán cementados en el fondo con la tubería (Trépano de sacrificio). 16

Figura 3: partes del CASING DRILLING (ANEXOS, página: 20).

Modalidades de perforar con tuberías:  Perforación con Casing (Drilling Casing)  Perforación con Casing Liner (Drilling Liner)  Perforación con Tubing (Drilling Tubing) La perforación con revestimiento es una tecnología emergente que permite perforar y revestir de forma simultánea. La sarta de revestimiento se usa para transmitir energía mecánica e hidráulica a la broca y el pozo se perfora por la rotación de ésta o se usa un motor de fondo, al perforar con revestimiento la geometría de la trayectoria del fluido es diferente a la que se tiene en la perforación convencional, por dentro del revestimiento no se tienen restricciones y las pérdidas de presión son muy pocas. Por el contrario, el anular ofrece mayor restricción al flujo y las pérdidas de presión son más altas que las que se dan en anulares convencionales. Las Consideraciones para el Diseño de una tubería usada para perforar en la mayoría de los casos analizados para perforar con tuberías, los aspectos técnicos 17

y las consideraciones que se tienen en cuenta no difieren demasiado de aquellas usadas para el diseño de un casing o Tubing convencional. Datos como gradientes porales y de fractura, gradientes de temperatura, litología del terreno son requeridos tanto para el diseño convencional de una sarta como para el diseño de un casing para perforar, la única gran diferencia que surge es la incorporación de tensiones adicionales provenientes de efectos dinámicos, estas tensiones nos va a hacer centrar la atención preferentemente sobre cuatro ítems fundamentales: • Desgaste (Wearing) • Pandeo (Buckling) • Fatiga • Hidráulica del pozo El sistema de perforación Casing integra los procesos de perforación y entubación para conformar un sistema de construcción del pozo más eficiente, la primicia 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, 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, el principio fundamental de esta técnica consiste en un cambio básico de eliminar la sarta de perforación y sustituirla por la tubería de revestimiento - Casing -, así como la tubería extra pesada y parte del ensamble de fondo2. El sistema de Casing Drilling (CDS) aquí descrito, proporciona una alternativa al sistema de perforación convencional usando el casing como sarta de perforación. Así el pozo se entuba (instalación del casing) mientras que se perfora, lo cual puede reducir costos o permitir el ingreso a secciones problemáticas del pozo. Los CDS pueden eliminar los costos relacionados con la compra, dirección y transporte de equipos. La Sarta de revestimiento-ensamblaje de fondo de pozo, en la parte inferior de la sarta se encuentra conectadas las herramientas de fondo y accesorios necesarios para desarrollar este tipo de perforación, todas se diseñan para que el proceso sea eficiente en tiempo y costos. En la Figura se ilustra la configuración de este sistema el cual se compone de dos cuerpos principales que se acoplan el uno en el otro.

Archivo PDF, PRODUCTOS TUBULARES PARA REDUCIR EL COSTO TOTAL, Autor Daniel Ghidina, Fabián Benedetto (Siderca-Tenaris)

Figura 4. Ensamblaje de fondo de pozo para la perforación con revestimiento. (Bottom Hole Assembly in Casing Drilling).

La nueva tecnología que usa componentes de la perforación convencional para perforar y revestir de forma simultánea, denominada como perforación con revestimiento (“Casing Drilling”). Al eliminar la columna perforadora y todos los problemas asociados con las maniobras de sacada y bajada de tubería y se puede acelerar el proceso de perforación de un 20% a un 30% y se ahorra en el costo de las operaciones y en el capital de inversión. Muchas aplicaciones básicas del Casing Drilling también permiten que el MPD se aplique más efectivamente.

6.2 CASING DRIVE SYSTEM La tecnología de casing drilling convencional puede eliminar las maniobras para entubar la cañería, pero muchos de los problemas de perforación todavía 19

continúan y pueden empeorar. Las pérdidas de circulación, la cañería aprisionada y la formación hidratables son todos agravados por el pequeño espacio anular y la alta ECD (Densidad Equivalente de Circulación) por la velocidad requerida de bombeo.

Figura 5: sistema de entubación (ANEXOS, página: 20).

Una tarea relacionada con la perforación y de gran relevancia es el entubado del pozo, habitualmente se hace mención a las acciones de “Casing”, actualmente existen tecnologías y métodos tradicionales y las nuevas tecnologías, cabe destacar que estas tecnología han sido probadas y han tenido buenos resultados en cuanto al tiempo de entubado y habiendo eliminado la mayoría de los accidentes ocurridos durante la bajada de la tubería de revestimiento del pozo, las peligrosas operaciones de instalación de cabezas de circulación, cuando la conexión del tubo queda en altura, o bien las operaciones de desentubar el casing y bajar con sondeo para limpiar el pozo y volver a entubar (sin tener la certeza de llegar efectivamente al fondo del pozo) se elimina con el uso de “Casing Drive System” (CDS). Combinando con el uso de Top Drive, el Casing Drive System (CDS) no solo provee la capacidad de enroscar las conexiones y darles el torque adecuado, sino que también permite circular al mismo tiempo que se rota el casing para asistir en la operación de entubación en el caso de encontrar obstáculos en la bajada, 20

llegado el caso se puede hasta “repasar” el pozo hasta la profundidad final utilizando el mismo casing. El Casing Drive System se instala debajo del top drive y se utiliza un set integral de ámelas y elevador manual para levantar el casing desde la puerta de la plancha y posicionarlo sobre el centro del pozo, una vez que el tubo este centrado, el top drive descendiente hasta que las mordazas del casing drive System se fijan en el tubo, ajustando la conexión mediante el torque requerido, al momento de quitar las cuñas. El casing drive System quien soporta todo el peso de la columna de casing que continua descendiendo, las mordazas de Casing Drive System se ajustan hidráulicamente al tubo y todos los controles son manejados por el perforador desde la consola del top drive sumándole mayor seguridad a la operación.

Figura 6: Casing Drive System “CDS” (ANEXOS, página: 20)

Una goma empaquetadora proporciona el sello dentro del tubo permitiendo llenar el casing a medida que este es descendido en el pozo proporcionando un mejor control y registro del llenado. Si se necesita circulación en cualquier momento, la misma es posible en forma inmediata, con independencia de la altura en la que se 21

encuentre la conexión y sin necesidad de llevar a cabo maniobras peligrosas como trepar a la torre para instalar cabezas de circulación, etc. Adema el Casing Drive System proporciona caudales y presiones de circulación similares a las utilizadas en la perforación convencional sin ningún tipo de inconvenientes y con mayor seguridad, el Casing Drive System incrementa la seguridad en el equipo de perforación, como ya ha dicho, debido a que reduce la cantidad de equipamiento y personal en la boca del pozo. Toda la maniobra esta bajo el control del perforador y lo mas importante, elimina el trabajo en altura entre otras palabras no se necesita encuellador.3 El casing son tuberías especiales que se introducen en el hoyo perforado y que luego son cementadas para lograr la protección del hoyo y permitir posteriormente el flujo de fluidos desde el yacimiento hasta la superficie, también son conocidas como: Revestidores, Tubulares, Casing, la selección apropiada de las tuberías de revestimiento es uno de los aspectos más importantes en la programación, planificación y operaciones de perforación de pozos. La capacidad de la sarta de revestimiento seleccionada para soportar las presiones y cargas para una serie dada de condiciones de operación, es un factor importante en la seguridad y economía del proceso de perforación y en la futura vida productiva del pozo, la razón primaria de colocar una tubería de revestimiento en un pozo, es proporcionar protección al hoyo en una forma segura, confiable y económica. 6.3 FUNCIONES IMPORTANTES DEL CASING: Evitar derrumbes en el pozo durante la perforación. Evitar contaminaciones de aguas superficiales. Suministrar un control de las presiones de formación. Prevenir la contaminación de las zonas productoras con fluidos extraños. Al cementarlo, se puede aislar la comunicación de las formaciones de interés.  Confinar la producción del pozo a determinados intervalos.  Facilitar la instalación del equipo de superficie y de producción. Las tuberías de revestimiento se fabrican de acero de la más alta calidad y bajo estrictos controles de seguridad en los procesos de fabricación, Son del tipo sin costura, obtenidas por fusión en horno y soldadas eléctricamente.     

Archivo PDF. EXPERIENCIAS EN LA APLICACIÓN DE CASING DRILLING EN LA PERFORACIÓN DE POZOS DE PETRÓLEO Y GAS, Autor Luis E. Piasco (Tesco Corporation),

El API ha desarrollado especificaciones para la tubería de revestimiento, aceptadas internacionalmente por la industria petrolera. Entre las especificaciones incluidas para los Revestidores y las conexiones están características físicas, propiedades de resistencias a los diferentes esfuerzos y procedimientos de pruebas de control de calidad, en los diseños se deben tomar en cuenta tales especificaciones para minimizar las posibilidades de fallas. La capacidad de la sarta seleccionada para resistir esfuerzos y cargas bajo determinadas condiciones es un factor muy importante para la seguridad y economía en la perforación y posterior producción del pozo la sarta de revestimiento representa un alto porcentaje de la inversión total de un pozo, por lo tanto no se justifica pagar más por resistencia o calidad de lo que es realmente necesario los factores técnicos corresponden al diámetro, peso, longitud, tipo de unión o rosca, material utilizado, condiciones de carga, naturaleza de la formación, método de fabricación, etc. La tubería debe tener una superficie lo más lisa posible, tanto en el interior, para evitar que las herramientas o equipos “corridos” en el pozo se atoren, como en el exterior, para reducir la fricción entre la tubería y las paredes del hoyo; debe ser hermética, para eliminar entrada de fluido al pozo; y resistir la corrosión, en todas sus etapas, utilizando casing y haciendo el proceso mucho más eficiente y controlado, el concepto de Casing Drilling se basa en perforar el pozo ensanchándolo, 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, manteniendo la circulación del fluido de perforación en todo momento. Desde el punto de vista de las herramientas de fondo a utilizar, tales como trépanos, motores de fondo, MWD, etc. 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. En cuanto a motores de fondo y MWD. Éstos también deben pasar por el interior del casing que se está utilizando para perforar siendo éste el único requisito, con respecto al casing, en general tampoco existen cambios relevantes más que la adición de un niple de asiento (CDL) para 23

la herramienta de perforación (DLA). 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 diseño con la perforación con casing se pueden obtener logros como es perforan hoyos de 12 ¼” sin mayores problemas operacionales, el uso de BHA fijo no recuperable, uso de mechas PDC perforables. Elimina los viajes adicionales, elimina los influjos debido al “suaveo”, el 80% de los influjos y procesos de control de pozos son ocasionados durante los viajes de tubería, el sistema CDS es utilizado para el apriete de la tubería de revestimiento. No se requiere llaves de apriete, ni de cuadrillas de llaves, no requiere encuellador ni de mesas falsas. Reduce la accidentabilidad en manos y dedos, Reduce el tiempo el tiempo en la construcción del hoyo y el resto de operación. Las operaciones con tubería de revestimiento eliminan varias etapas del proceso de construcción de pozos convencional y ofrecen otras ventajas críticas, tales como mejor circulación de fluido y remoción de los recortes de formación para lograr una limpieza más efectiva del pozo, ese proceso más rápido, más simple y más eficaz se traduce en menos sorpresas relacionadas con la perforación y en costos más bajos, los avances registrados en términos de herramientas, equipos y procedimientos están expandiendo el uso de esta tecnología. Un cambio fundamental en la construcción de pozos, tanto la tecnología de motores de desplazamiento positivo (PDM) como la tecnología de sistemas RSS utilizan columnas de perforación, esta tubería de paredes gruesas diseñada especialmente, se baja hasta el fondo de un pozo y se extrae del mismo, probablemente varias veces durante una perforación, y luego otra vez mas para instalar una sarta de revestimiento permanente durante una operación independiente, distinta del resto del proceso de perforación. Las operaciones de perforación con tubería de revestimiento y motores direccionales en pozos de prueba y en operaciones de campo petroleros identifican tres limitaciones que son la geometría de los arreglos del fondo del pozo, desempeño de los motores y practicas operacionales, en una BHA recuperable para entubación cuando hablamos de una BHA recuperable nos referimos a que se puede recuperar sin ningún problema y no hay la necesidad de dejarla en el fondo del pozo. 6.4 DISEÑO DE LOS POZOS Esta configuración permite que la perforación por deslizamiento sin hacer rotar la sarta entera para efectuar las correcciones direccionales, en la Planeación de la 24

perforación de Campos de Desarrollo con casing se deberá implementar como una practica común la “Reingeniería de Diseño de Pozos”, en todos los procesos establecidos para la perforación de pozos de petróleo y gas. Esto permitirá reducir constantemente los costos de la perforación y aumentar la rentabilidad de los proyectos de inversión (Activos) en Campos con explotación intermedia o avanzada, al incorporar nuevas tecnologías que permitan a la empresa lograr dichos objetivos a continuación observaran como esta compuesto el diseño actual o convencional del pozo.

Figura 7: Diseño de un pozo convencional (ANEXOS, página: 20).

Figura 8: Torre de perforación con casing (ANEXOS, página: 20).

En el diseño actual del pozo, se perfora la primera y segunda etapa con tubería de perforación, la tercera etapa se perfora con tubería de producción y rosca HD533, la terminación con la técnica, con esta técnica se muestra el doble uso que se le da a la tubería de producción, utilizándose como Tubería de Revestimiento de Explotación y como aparejo de producción, esta tubería de producción es cementada hasta unos 200 m arriba de la zapata anterior para posteriormente ser perforada en los intervalos de interés y producir los hidrocarburos del Yacimiento a la superficie a hora miraremos el diseño de un pozo con casing. 26

En el nuevo diseño con casing se perfora la primera y segunda etapa con Tubería de Revestimiento y la tercera etapa con Tubería de Producción, la Tubería de Revestimiento utilizada para perforar la primera y segunda etapa es de 5 ½” N-80 17# HD-521, que a su vez, queda cementada como Tubería de Revestimiento Intermedia. Para posteriormente perforar la tercera etapa con tubería de producción de 2 7/8” y rosca HD-533 terminando así el pozo a continuación la comparación entre el diseño actual “convencional” del pozo y el nuevo diseño con casing. En la perforación del nuevo diseño de pozo se conjugaron cuatro tecnologías distintas para procurar la reducción tanto en tiempo como en costo. 1) Perforación con Tubería de Revestimiento. 2) Perforación con Tubería de Producción. 3) Perforación de Agujero Esbelto reduciendo costo, materiales y servicios. 4) La Técnica convencional para terminar el pozo. Mientras que el diseño actual del pozo solamente usa tres tecnologías. El nuevo diseño puede ser usado en pozos de aceite y gas donde se requiera disminuir los costos de perforación, en campos de desarrollo que se encuentren en una etapa intermedia o avanzada de explotación donde se deberán tomar en cuenta las siguientes consideraciones:  Aplicación en campos de bajo riesgo donde sean suficientemente conocidos.  Aplicación en áreas donde el gradiente de formación y fractura sean bien definidos. El nuevo diseño del pozo ofrece las siguientes ventajas: Eliminación de la tubería de perforación, tubería extra pesada (H.W.), lastra barrenas (D.C.), estabilizadores y todas las herramientas que conforman el ensamble de fondo. Así como los costos referentes a la transportación, mantenimiento e inspección.  Reducción en el volumen del lodo de perforación, fluidos de terminación y lechada de cemento.   Reducción en el costo del acero hasta de un 26 %.  Reducción en el volumen de arenas que serán usadas en el fracturamiento hidráulico.  Más rápida y eficiente limpieza después del fracturamiento hidráulico. 27

 Eliminación del empacador y equipo de línea de acero para la terminación del pozo.  Reducción en el tiempo empleado tanto para la perforación como la terminación.  Menores costos en la perforación del pozo. El nuevo diseño del pozo también tiene las siguientes desventajas:  Se pueden presentar pegaduras por presión diferencial o pérdidas de circulación, si la densidad del lodo no es controlada de acuerdo a los gradientes de formación y fractura.  Se requiere un estricto control de calidad en la cementación primaria.  Solo se aplica a pozos someros y menores de 3000 m de profundidad.  Las operaciones de reparación son más complicadas debido a los diámetros reducidos.  Se requiere muy buena calidad de materiales y servicios.  El personal se resiste al cambio en la aplicación de nuevas tecnologías. La Tubería de Revestimiento de 5 ½” y la Tubería de Producción de 2 7/8”, tienen valores al Torque y Arrastre iguales o un poco menores a los que maneja la tubería de perforación. En un principio las operaciones de perforación con tubería de revestimiento se realizaban en tierra firme, en pozos verticales, para evitar la complejidad adicional que conllevan la operaciones en áreas marina, como resultado las operaciones de pozos verticales con tubería de revestimiento avanzo hasta tal punto que logro equiparar, en forma rutinaria la eficacia de las operaciones con sartas de perforación convencional, muchos incidentes de control de pozos y reventones se producen durante la manipulación de la tubería, la utilización de la tubería de revestimiento para perforar pozos ayuda a evitar estos episodios inesperados, peligrosos y potencialmente costosos, la técnica de perforación con tubería de revestimiento minimiza o elimina la manipulación de la tubería y deja la tubería de revestimiento en el fondo del pozo4.

4 Archivo PDF. PERFORACIÓN CON TUBERÍA DE REVESTIMIENTO, autores Delwiche, R. A. BD. Stratabit. Lejeune, M. W. D. Consultor. Mawet, P. F. B. N. Consultor

Figura 9: conexión de la tubería con casing (ANEXOS, página: 20).

El éxito inicial de esta técnica reforzó la idea de que las operaciones de perforación con tubería de revestimiento pueden ejecutarse sin que se produzcan fallas permanentes de las conexiones de los tubulares, los fabricantes también están desarrollando nuevas conexiones de tuberías de revestimiento que pueden tolerar mayores refuerzos de torsión, excluyendo el tiempo de reparación del equipo de perforación requerido en ambos pozos, el pozo convencional insumió 300 horas desde el comienzo hasta el momento en que desengancho el equipo de perforación, el pozo perforado con tubería de revestimiento insumió 247.5 horas, es decir, se registro una reducción del 17.5% en el tiempo de perforación. La operaciones de perforación con tubería de revestimiento incluyen solo 66 horas de tiempo de equipo de perforación no productivo hasta alcanzar las profundidades de la tubería de revestimiento intermedia y la de producción, frente a las 113.5 horas de tiempo no productivo del pozo convencional, además los sistemas de perforación para perforar pozo direccionales con tubería de revestimiento deben pasar a través de de la tubería de revestimiento de manera que el BHA y el motor PDM son de menor diámetro que el pozo, esto limita el Angulo de curvatura del motor, el patín de contacto de la tubería del motor a menudo no toca la pared del pozo en cambio se incorpora un estabilizador de pozo piloto por debajo de las aletas del ensanchador para proveer control direccional y garantizar una trayectoria de pozo suave. 29

Para tuberías de revestimiento de mas de 9 ½ pulgadas, las necesidades de potencia del motor son menos cruciales porque pueden utilizarse motores mas grandes que el pozo, en ciertos casos puede resultar ventajoso utilizar motores diseñados específicamente para perforación direccional con tubería de revestimiento, que proveen alto par-motor a una presión de bombeo relativamente baja, si la fricción del pozo hace que la tubería de revestimiento se cuelgue. El balance o la rotación manual o automática de la sarta hacia adelante y hacia atrás sin cambiar la orientación del BHA, ayuda a controlar los cambios abruptos en el WOB en el modo de deslizamiento, esto permite que el motor funcione en forma mas consistente y mejora el desempeño de la perforación sin afectar el control direccional. La operaciones direccionales con tuberías de revestimiento y un motor PDM direccional especialmente en los pozos de menor diámetro no resultan eficaces.la sección vertical correspondiente al tramo de superficie se perforo hasta 179m (588 pies) de profundidad, utilizando tubería de revestimiento en 9 ½ pulgadas y un BHA recuperable con una barrena piloto de 8 ½ pulgadas y un ensanchador de 12 ½ pulgadas. La perforación se desarrollo sin problemas pero los ingenieros atribuyeron las vibraciones mayores a las esperadas a la larga extensión del BHA, esta carrea termino con el reemplazo planificado del ensanchador, las operaciones de perforación continuaron hasta la profundidad de la tubería de revestimiento de 7 pulgadas es decir hasta 2.3236m (7.620 pies). Otro factor complico las operaciones de perforación, las características del pozo exigían que la tubería de revestimiento de superficie se emplazara a 387 m (1.270 pies) la profundidad de la tubería de revestimiento de 9 5/8 pulgadas para los pozos del área, sin embargo la experiencia indica que los pozos con tubería de revestimiento de superficie de mayor profundidad tienen mas problemas con la vibración de la tubería de revestimiento y la inestabilidad, o giro, de la barrena durante la perforación de la sección de la tubería de revestimiento de 7 pulgadas debido a la fricción de una tubería sobre la otra en el interior de las secciones mas largas. Las operaciones de perforación direccional con tubería de revestimiento requieren velocidades de rotación de la barrena similares a las de la perforación con columna de perforación, que oscilan habitualmente entre 12 y 18 RPM, las operaciones con tubería de revestimiento de 7 pulgadas comenzaron a 390m ( 1.278 pies) para perforar este tramo se empleo una barrena de PDC de cuatro aletas con cortadores de ¾ pulgadas, para perforar direccionalmente con tubería de revestimiento, se deben encarar los asuntos relacionados con la selección de la barrena que son comunes en la perforación direccional con columna de perforación convencional y sistemas RSS. 30

Las barrenas se eligen en base a su capacidad de corte lateral para el control direccional y su estabilidad para reducir las vibraciones excesivas.

Figura 10: tipos de barrenas (ANEXOS, página: 20).

A demás al perforar con revestimiento la geometría de la trayectoria del fluido es diferente a la que se tiene en la perforación convencional, por dentro del revestimiento no se tienen restricciones y las pérdidas de presión son muy pocas. 31

Por el contrario, el anular ofrece mayor restricción al flujo y las pérdidas de presión son más altas que las que se dan en anulares convencionales. 7. CONCLUSIONES La realización del presente estudio identifica claramente la diferencia en costos y manejo de las perforaciones petroleras con casing y las convencionales. Se establece que en las primeras existe un evidente manejo de tecnología moderna reduciendo costos e impacto ambiental mientras que en las convencionales se incrementan los costos y el tiempo de perforación. Al presentar el informe final, se pretende dejar una guía de consulta para futuras investigaciones de estudiantes del Instituto, teniendo en cuenta las falencias existentes en la biblioteca que presentan obstáculo al momento de analizar temas puntuales como éste, cuando la información no se encuentra de manera directa. Es importante establecer que las ventajas que ofrece la perforación con casing son evidentes, menos costos, menos tiempo y mayor seguridad. El uso adecuado del lenguaje técnico les permite a los estudiantes un desempeño más eficiente en el momento de salir al mundo laboral.

BIBLIOGRAFIA ANDRÉS PERALTA, DRILLING CASING.

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ANDRÉS PERALTA, docente de COINSPETROL información de PDF DRILLING CASING. CIBERGRAFIA Figura 1. Ensamblaje de fondo de pozo para la perforación con revestimiento. Figure 1. Bottom Hole Assembly in Casing Drilling. ... www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0012...sci... Formato de archivo: PDF/Adobe Acrobat perforar utilizando sartas de perforación convencionales, tanto en tierra.... siglas en inglés) se baja con la columna de perforación convencional hasta la... www.slb.com/media/services/resources/... Formato de archivo: PDF/Adobe Acrobat Versión en HTML La tecnología de perforación con casing viene a cubrir (hasta el... La diferencia más significativa es que en la perforación con casing, éste puede estar... biblioteca.iapg.org.ar/iapg/Archivos Adjuntos/... Formato de archivo: PDF/Adobe Acrobat de perforación Casing Drilling® de Tesco. Exclu- yendo el tiempo de reparación del equipo de perforación requerido en ambos pozos, el pozo... www.slb.com/media/services/resources/... Formato de archivo: PDF/Adobe Acrobat convencionales, Weatherford mejora la eficiencia del perforado y, finalmente, reduce... Menos riesgos de perforación que en la perforación convencional... www.ws-wellserv.com/weatherford/groups/public/... Formato de archivo: PDF/Adobe Acrobat Vista rápida y la seguridad en la perforación y entubación de pozos. El Casing Drive System utiliza la misma tecnología desarrollada y probada por más de seis años de... www.cbh.org.bo/es/documento/perforacionpozos.pdf 33

ANEXO A LISTA DE FOTOS PAGINA: FIGURA 1: Tuberia de Casing-------------------------------------------------------------15 FIGURA 2: sistema de entubación -------------------------------------------------------16 FIGURA 3: partes del CASING DRILLING----------------------------------------------17 FIGURA 4: Bottom Hole Assembly in Casing Drilling--------------------------------19 FIGURA 5: Casing Drive System “CDS”-------------------------------------------------20 FIGURA 6: Torre de perforación convencional -----------------------------------------21 FIGURA 7: Diseño de un pozo convencional-------------------------------------------25 FIGURA 8: Torre de perforación con casing --------------------------------------------26 FIGURA 9: conexión de la tubería con casing ------------------------------------------29 FIGURA 10: tipos de barrenas--------------------------------------------------------------31

ANEXO B CD de la presentación del trabajo en Microsoft Office PowerPoint 2007