FUNDAMENTOS DE
PERFORACIÓN DE
POZOS
Ing. Dessiree Reyes
Contenido
Fundamentos básicos
Sistemas del Taladro
Fluidos de Perforación
Revestidores
Problemas Operacionales en el hoyo
Cañoneo
Historia
•Primera técnica utilizada fue la percusión (1859-1909)
•Primer pozo perforado en América: Drake en Pensilvania año 1859 a
una profundidad de 69´
•En Venezuela comenzó en 1878, con la Compañía Petrolia del Táchira
en la hacienda la Alquitrana Edo.Táchira (125 pies.)
•El pozo Zumaque-1 en 1914 (443 pies)
•El Barroso -2 en La Rosa - Cabimas en 1922 (1500 pies)
•Inicio de la perforación rotatoria en 1901 (Texas)
Proceso de Perforación
El objetivo de la perforación de un pozo de petróleo o gas,
es proveer la comunicación entre el yacimiento petrolífero o
gasífero con la superficie a través de un hoyo revestido con
tuberías de aceros especiales cementadas, con la finalidad
de extraer el hidrocarburo del yacimiento para fines
comerciales.
Tipos de Pozos
Tipos de Pozos
Tipos de Pozos
Tipos de Pozos
Tipos de Pozos
Perforación Multilateral
Tipos de Pozos
Perforación Multilateral
Conceptos Básicos
Petróleo/
derivados
B
Pozo/
yacimiento
A
C
Grados API
Perforación
Rocas
E
D
Porosidad /
permeabilidad
Componentes del taladro de
perforación
SISTEMA DE POTENCIA
Constituido por motores de combustión interna, los cuales generan la fuerza o energía
requerida para la operación de todos los componentes de un taladro de perforación.
En un taladro de perforación se necesitan varios motores para proveer esta energía,
estos en su mayoría son del tipo Diesel por la facilidad de conseguir el combustible;
dependerá del tamaño y capacidad de la torre, el numero de motores a utilizar. La
energía producida es distribuida al taladro de dos formas: mecánica o eléctrica
Componentes del taladro de
perforación
CLASIFICACIÓN DE TALADROS
TIPO
A
B
C
D
CABRIA (LBS)
500.000
750.000
1.200.000
1.600.000
MALACATE (HP)
400
700
1.500
2.000
PROF. (PIES)
8.000
12.000
15.000
20.000
E
2.000.000
3.000
25.000
Componentes del taladro de
perforación
SISTEMA DE LEVANTAMIENTO
Es el que soporta todo el sistema de rotación, mediante la utilización de
equipos apropiados capaces de levantar, bajar y suspender los pesos
requeridos, sin riesgo para el personal y el equipo. Los componentes son:
• Estructura de soporte:
Torre o Cabria, Corona, Encuelladero, Plataforma o Piso del
taladro, Sub-estructura, Consola del Perforador.
• Equipo de Levantamiento:
Malacate, Bloque Corona y Bloque Viajero, Gancho, Cable de
Perforación, Cuñas, Llaves de Potencia.
Componentes del taladro de
perforación
TORRE O CABRIA
Es una estructura grande que soporta mucho peso,
tiene cuatro patas que bajan por las esquinas de la
infraestructura o sub-estructura. Soporta el piso de
la instalación y además provee un espacio debajo
del piso para la instalación de válvulas especiales
llamadas Impide reventones.
Características:
Altura: Desde 69´ hasta 189´(142´ la mas común)
Componentes del taladro de
perforación
CORONA:
Medio por el cual se transmite el peso de la Sarta de
Perforación a la torre. En ella se encuentran una
serie de poleas que forman el Bloque Corona o fijo,
el cual sostiene y da movilidad al Bloque Viajero.
ENCUELLADERO
Constituye una plataforma de trabajo ubicada en la
torre a una altura aproximada entre 80’ y 90’ y
permite que el encuellador coloque las parejas de
tubería
y
portamechas
mientras
se
realizan
operaciones como cambio de mechas, bajada de
revestidores, etc. Para ello, este accesorio consta
de una serie de espacios semejando un peine
donde el encuellador coloca la tubería.
Componentes del taladro de
perforación
PLATAFORMA
Estructura colocada debajo de la torre y encima
de la Sub-estructura donde se realizan la
mayoría de las operaciones de perforación“
SUB-ESTRUCTURA
Armadura grande de acero que sirve de
soporte a la torre y los componentes del equipo
de perforación. Proporciona espacio bajo el
piso de la torre para instalar los Preventores y
otros equipos de control de pozos.
Componentes del taladro de
perforación
CONSOLA DEL PERFORADOR
Constituye un accesorio que permite que el perforador
tenga una visión general de todo lo que esta ocurriendo
en cada uno de los componentes del sistema: presión de
bomba, revoluciones por minuto de la mesa, torque, peso
de la sarta de perforación, ganancia o perdida en el nivel
de los tanques, etc
MALACATE
Consiste en un cilindro alrededor del cual el cable de
perforación se enrolla permitiendo el movimiento de la
sarta hacia arriba o hacia abajo, dependiendo del tipo de
operación a realizar. Además, el malacate transmite la
potencia para hacer girar la mesa rotatoria, los carretos
auxiliares y sistemas de enrosque y desenrosque de
tubería.
Componentes del taladro de
perforación
SISTEMA DE FRENOS
Constituido por un freno mecánico principal y uno
auxiliar que pueden ser hidráulicos o elétricos, usados
para mover lentamente o para detener la guaya de
perforación.
GANCHO
Herramienta localizada debajo del Bloque Viajero al
cual va unido y del cual esta suspendida la Unión
Giratoria, el Cuadrante y la Sarta de Perforación
durante las operaciones de perforación. Sostiene al
Elevador durante el ascenso y descenso de la tubería
o sarta. Están diseñados de acuerdo al peso máximo
que puedan levantar, varia entre 50 y mas de 600
Toneladas
Componentes del taladro de
perforación
BLOQUE CORONA Y BLOQUE VIAJERO
El Bloque Corona esta ubicado en la parte superior de la
torre, constituido por una serie de poleas. El cable de
perforación pasa a través de estas poleas y llega al
Bloque Viajero, el cual esta compuesto de un conjunto de
poleas múltiples por dentro de las cuales pasa el cable
de perforación y sube nuevamente hasta el Bloque
Corona. Su función es la de proporcionar los medios de
soporte para suspender las herramientas. Durante las
operaciones de perforación se suspenden el Gancho, la
Unión Giratoria, el Cuadrante, la Sarta de Perforación y
la Mecha.
Componentes del taladro de
perforación
CABLE DE PERFORACIÓN
Cable metálico hecho exteriormente de acero mejorado, unido entre si
por rotación Su función es resistir la fuerza o peso de la sarta durante las
operaciones de sacada y metida de tubería. Tiene un diámetro variable
entre 1 pulgada a 1 3/4 de pulgada y esta enrollado en grandes carretos.
CUÑAS
Conjunto de piezas flexibles cuya superficie interior es curva y dentada.
Durante el viaje de tubería , la Sarta de Perforación se sostiene
alternativamente por el Bloque Viajero y las Cuñas, las cuales se
introducen en la abertura cónica en el centro de la Mesa Rotatoria,
rodean la tubería de perforación sujetándola por acción combinada de
fricción y mordedura.
LLAVES DE FUERZA
Permiten desenroscar la tubería de perforación en el momento de hacer
un viaje , ejerciendo fuerza sobre la tubería. Igualmente, al meter la sarta
de perforación se invierte el proceso y se procede a enroscar las uniones.
Componentes del taladro de
perforación
SISTEMA ROTATORIO
Es aquel que permite girar la Sarta de perforación y que la mecha perfore un hoyo
desde la superficie hasta la profundidad programada.
Esta localizado en el área central del sistema de perforación y es uno de los
componentes mas importantes de un taladro. Está compuesto por:
• Mecha de Perforación
• Portamechas o Lastrabarrenas
•Tubería de Perforación
•Cuadrante o Kelly
•Unión Giratoria
•Mesa Rotatoria
Componentes del taladro de
perforación
MECHAS
Es la herramienta utilizada para perforar el hoyo. Para hacerla
perforar es necesario aplicarle peso mediante el uso de
Portamechas y rotación a través de la Mesa Rotatoria. Su
desempeño depende de muchas variables como: tipo de formación
y el control de las mismas permitirá perforar un hoyo al menor
costo por pie
PORTAMECHAS O LASTRABARRENAS
Tubería especial encargada de darle peso a la mecha, conformada
por cilindros de acero hueco con paredes muy gruesas de una
longitud de mas o menos 30 pies. Proporciona peso a la mecha
manteniendo peso en la sección inferior de la sarta. Además,
proporciona efecto de péndulo para causar que la mecha perfore
un hoyo lo mas vertical posible .
Componentes del taladro de
perforación
TUBERÍA DE PERFORACIÓN
Constituye la mayor parte de la Sarta de perforación. Esta
soportada en su extremo superior por el Cuadrante o Kelly,
el cual la hace girar por el efecto de la Mesa Rotatoria.
Permite que el fluido de perforación se desplace hacia abajo
hasta llegar a la mecha y luego salir por el espacio anular.
CUADRANTE O KELLY
Tubo de acero pesado, hueco, que tiene generalmente
forma Hexagonal. Esta suspendido en su extremo superior
de la Unión Giratoria; pasa a través del hueco de la Mesa
Rotatoria y esta conectado a la sarta de perforación. La
parte exterior del Cuadrante es hexagonal para poder así
transmitir el momento de torsión de la Mesa Rotatoria a la
tubería de perforación. Su longitud es de 40 a 50 pies
Componentes del taladro de
perforación
UNION GIRATORIA
Se encuentra colgando del Gancho, muy cerca del Bloque Viajero.
Esta conectado a la parte superior de la válvula del Cuadrante,
soportando todo el peso de la sarta mientras se esta rotando. Esta
ubicada en la parte superior de la sarta y permite que el Cuadrante y la
sarta roten libremente durante las operaciones de perforación.
Proporciona una conexión para la manguera rotatoria y separa a través
de ella una vía para que el lodo fluya hacia la parte superior de la
unión y de allí a la sarta de perforación.
MESA ROTARIA
Maquinaria sumamente fuerte y resistente que hace girar el Cuadrante
y a través de este a la Sarta de perforación y la Mecha. Funciona por
intermedio de un buje de transmisión, el cual transmite el Momento de
Torsión (torque) e imparte el movimiento giratorio a la sarta. Retiene a
las cuñas que soportan el peso de toda la sarta de perforación cuando
esta no esta soportada por el Gancho y los Elevadores.
Componentes del taladro de
perforación
SISTEMA DE CIRCULACIÓN
Formado por una serie de equipos y accesorios que permiten el movimiento
continuo del eje principal de la perforación como lo es el fluido de
perforación.
Está compuesto por:
•Bombas de lodo
•Líneas de descarga y retorno
•Tubo vertical (Stand pipe)
•Manguera rotaria
•Equipos limpiadores de lodo: zarandas o vibradores, desarenadores,
limpiador de lodo, desgasificador
Componentes del taladro de
perforación
FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACIÓN
•Remover los cortes con los chorros de la mecha y transportarlos hasta la superficie
•Enfriar y lubricar la mecha y la sarta de perforación
•Recubrir la pared del hoyo con una costra (revoque) impermeable para minimizar
la invasión del filtrado a la formación
•Controlar las presiones del subsuelo con el peso del lodo
•Suspender los cortes y material de peso
•Liberar los sólidos indeseables en superficie
•Soportar parte de la sarta de perforación (efecto de flotación)
• Mantener la estabilidad del hoyo
•Transmitir capacidad hidráulica a la mecha (impacto, limpieza)
Componentes del taladro de
perforación
ZARANDAS O VIBRADORES
Separan los ripios cortados al hacer pasar el lodo que viene
del pozo a través de una malla o tamiz vibrador que retiene
estos sólidos grandes indeseables. La eliminación de sólidos
perforados es de vital importancia durante el proceso de
perforación para el buen funcionamiento del fluido de
perforación. Las mallas utilizadas son intercambiables y de
su tamaño dependerá la presencia o no de sólidos grandes
en el sistema.
DESARENADORES
Equipos de control de sólidos que permiten separar la arena
contenida en el fluido de perforación producto de la
perforación. Funcionan a través del principio de fuerza
centrifuga ejercida sobre el fluido de perforación cuando el
mismo pasa por conos.
Componentes del taladro de
perforación
LIMPIADOR DE LODO
Consiste en una batería de conos colocados por encima de un
tamiz de malla fina y alta vibración. Este proceso remueve los
sólidos perforados de tamaño de arena, aplicando primero el
Hidrociclón al lodo y haciendo caer luego la descarga de los
Hidrociclones sobre el tamiz vibratorio de malla fina. El lodo y los
sólidos que atraviesan el tamiz, son recuperados y los sólidos
retenidos sobre el tamiz se descartan; el tamaño de la malla varia
entre 100 y 325 mesh.
DESGASIFICADOR
Permite la separación continua de pequeñas cantidades de gas
presentes en el lodo para evitar la reducción de la Densidad del
mismo, la eficiencia de las Bombas de Lodo y la Presión
Hidrostática ejercida por la columna de lodo
Componentes del taladro de
perforación
SISTEMA DE SEGURIDAD
Formado por válvulas impiderreventones (BOP), cuya función principal es controlar
mecánicamente una ARREMETIDA que si no se controla a tiempo puede convertirse en un
REVENTON. Sus funciones son:
• Permitir un sello del hoyo cuando ocurra una arremetida.
• Mantener suficiente contrapresión en el hoyo.
• Impedir que continúe la entrada de fluidos desde la formación
COMPONENTES
• Preventor anular
• Preventor de arietes
• Carretos
•Acumulador de presión
• Multiple estrangulador
• Linea de matar
• Tanque de viaje
Componentes del taladro de
perforación
PREVENTOR ANULAR
Constituido por un elemento de empaque de acero
reforzado con goma especial que cierra y sella la
tubería, el cuadrante o el hoyo abierto.
PREVENTOR DE ARIETES
Permite
cerrar
el
diámetro
de
tuberías
de
perforación determinados o el hoyo abierto Tipos de
arietes:
•De tubería: Cierran solamente el tamaño del
diámetro externo del tubo para el cual han sido
diseñados.
•Ciegos: Cierran solamente el hoyo abierto
•De corte: Cortan tubería y cierran el pozo
Componentes del taladro de
perforación
CARRETOS
Son espaciadores entre los preventores, provistos de
orificios donde se conecta la línea que va al distribuidor de
flujo usado para controlar las arremetidas y la línea de
matar el pozo por donde se bombea lodo pesado.
ACUMULADOR DE PRESIÓN
Los preventores se abren o cierran con fluido hidráulico
que va almacenando bajo presión en un equipo llamado
Acumulador. Varios recipientes en forma de botella o
esféricos están localizados en la unidad de operaciones y
es allí donde se guarda el fluido hidráulico.
Fluidos de Perforación
El fluido de perforación o lodo como comúnmente se le
llama, puede ser cualquier sustancia o mezcla de
sustancias
con
características
físicas
y
químicas
apropiadas, como por ejemplo: aire o gas, agua, petróleo
o combinaciones de agua y aceite con determinado
porcentaje de sólidos.
El fluido no debe ser tóxico, corrosivo, ni inflamable, pero
sí inerte a las contaminaciones de sales solubles o
minerales y estable a las altas temperaturas. Además,
debe mantener sus propiedades según las exigencias de
las operaciones, debe ser inmune al desarrollo de
bacterias.
Fluidos de Perforación
FLUIDOS BASE AGUA Los fluidos base agua son aquellos cuya fase líquida
o continua es agua.
Estos sistemas son muy versátiles y se utilizan por lo general para perforar
formaciones no reactivas, productoras o no productoras de hidrocarburos.
FLUIDOS BASE ACEITE Los fluidos base aceite son aquellos cuya fase
continua, al igual que el filtrado, es puro aceite. Pueden ser del tipo de
emulsión inversa o cien por ciento (100%) aceite.
Revestidores
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 superficie. También son conocidas como:
Revestidores, Tubulares, Casing.
Funciones:
1. Evitar derrumbes en el pozo durante la perforación.
2. Evitar contaminaciones de aguas superficiales.
3. Suministrar un control de las presiones de formación.
4. Prevenir la contaminación de las zonas productoras con fluidos extraños.
5. Al cementarlo, se puede aislar la comunicación de las formaciones de interés.
6. Confinar la producción del pozo a determinados intervalos.
7. Facilitar la instalación del equipo de superficie y de producción
Revestidores
Tipos de revestidores
El número de sarta de revestimiento que se colocan en un pozo es función de la
naturaleza de las formaciones por atravesar y de la profundidad final de hoyo.
Las diferentes sartas de revestimiento que se pueden colocar en un pozo son:
Conductor marino / tubería hincada o pilote de fundación.
•Revestidor Conductor.
•Revestidor Superficial.
•Revestidor Intermedio.
•Revestidor de Producción.
•Camisa o “Liner”:
Problemas Operacionales
Revestidor Colapsado
Ocurre cuando la fuerza ejercida por la formación excede la
resistencia al colapso del revestidor.
Como Prevenirlo:
•Realizar un buen diseño de revestidores
•. Realizar buenos trabajos de cementación
•. Revisar el diseño según los requerimientos de producción
a futuro
Acciones:
Si se pega la tubería, utilizar equipos y procedimientos
especiales para solucionar a tiempo dicho problema: cortar
revestidor, abandonar el pozo, etc.
Problemas Operacionales
Inestabilidad en el Hoyo
Está influenciada por factores como esfuerzos tectónicos, presión de poros,
buzamiento de capas y grado de compactación
* Planificación del programa de lodo
* Buenas prácticas de perforación
* Velocidades de tubería durante los viajes deben ser bajas
• Altas velocidades del fluido en el espacio anular, producen ensanchamiento del
hoyo, sobre todo si está en flujo turbulento
* Capacidad de acarreo controladas mediante la reología
* Colocación a tiempo de revestidores
Problemas Operacionales
La inestabilidad del hoyo se debe a :
• Formaciones Inconsolidadas Se encuentran
en la parte superior del hoyo, arenas sueltas,
gravas y limolitas Al incrementar la densidad
del lodo y al agregar aditivos para la
formación de un buen revoque, se estabilizan
las formaciones inconsolidadas
Para minimizar estos problemas:
. No exceder caudal requerido para la
limpieza del hoyo . Evitar rotar la mecha o
estabilizadores
inconsolidadas
frente
a
formaciones
Cañoneo
Definición.
El cañoneo es el proceso de crear abertura a través de la tubería de revestimiento y
el cemento, para establecer comunicación entre el pozo y las formaciones
seleccionadas. Las herramientas para hacer este trabajo se llaman cañones.
Tipos de Cañones.
Tipo Chorro, Tipo Bala y Tipo Hidráulico.
1. Tipo Chorro:
Esta técnica es extremadamente delicada en relación con una secuencia necesaria
de eventos, la cual comienza por el encendido del detonador eléctrico; este a su vez
da inicio a una reacción en cadena detonador-explosivo principal.