PERFORACION 1Yacimientos y Gradientes de Presión DEPARTAMENTO DE PETROLEOS ESCUELA POLITECNICA NACIONAL Caracterización del yacimiento • Esfuerzos ensitio • Presión poral • Propiedades Mecánicas Pressure Gradient Depth OBG PP FG Static Properties Strength Soluciones: Perforación y Completación • Planificación de pozo •Trayectoria •Peso de lodo •Puntos de “casing” • Estrategia de Completación •Máximo Diferencial •Diseño de “liner” •Requerimiento para control de arena •Manejo de la presión • Aumento de la Eficiencia de la Perforación • Reduce costo y riesgo • Aumento de producción y valor Reduciendo Aumento costos del valor Presión Anormal de Poro Profundidad Zona de transición de presión Presión • La presión de poro puede ser diferente a la normal para la profundidad. • Se deben cumplir ambas condiciones para que se desarrolle presión anormal • Una barrera impermeable por encima. • Un mecanismo que provoque el cambio de presión. 3 Causas de la sobrepresión o presión anormal de formaciones • Existen presiones anormales de formación en por lo menos una parte de los depósitos sedimentarios del mundo. Hay varios mecanismos responsables de la presión anormal de formación. Se pueden clasificar estos mecanismos de la siguiente manera: – – – – Efectos de la compactación Efectos diagenéticos Efectos de la densidad diferencial Efectos de la migración 4 Métodos para Calcular la presión de poro • La presión de los fluidos dentro de las formaciones a ser perforadas constituye uno de los parámetros más críticos requeridos por los ingenieros de perforación en la planificación y perforación de un pozo profundo moderno. • Las técnicas para detectar y estimar la presión anormal de formación se clasifican con frecuencia así: – Métodos de pronóstico – Métodos aplicables durante la perforación – Métodos de verificación 5 Predicción de Sobrepresión durante la Planificación Se pueden realizar predicciones acerca de sobrepresión tomando en cuenta lo siguiente: Datos compensados de pozo. Interpretación sísmica. 6 Sobrepresión Durante la Perforación Se puede detectar la sobrepresión de las siguientes maneras: • Tendencias de conexión de gas (disminución de pérdida de equilibrio). • Tendencias de tasas de perforación (disminución de pérdida de equilibrio). • Características sísmicas durante la perforación (cambios en Δ t). • Resistividad durante la perforación (herramienta RAB, cambios de porosidad). • Conductividad del lodo (fluidos de formación que ingresan al lodo). • Densidad de cortes de arcilla de pizarra (tendencias de compresión) • Ingreso en el pozo (golpe de presión). 7 Ejemplo 1 Se colocó y incrementó una sarta protectora de revestimiento a una profundidad de 3.000 pies. Se colocó un preventor de reventones encima del revestimiento para sellar el espacio anular entre el revestimiento y la tubería de perforación. En ese momento el fluido de perforación pesaba 9.2 lbm/gal (ppg). Si se asume que la formación solamente podrá sostener 70% de la presión de cubertura teórica, ¿cuánta presión puede soportar el preventor de reventones contra el pozo? Solución: Presión asumida de rotura de fondo de pozo a 3.000 pies = (0.70)(1 psi/pie)(3.000 pies) = 2.100 psi Presión hidrostática de lodo = (0.052)(9.2 lbm/gal)(3.000 pies) = 1.435 psi Presión que puede soportar el preventor de reventones = 2.100 psi – 1.435 psi = 665 psi. 8 Ejemplo 2 Se fracturará hidráulicamente una formación a una profundidad de 9.000 pies. El fluido de fracturación tiene una gravedad específica de 0.85. Si la formación se rompe a un 80% de la presión de cubertura teórica, ¿qué presión de bomba se requerirá para efectuar la rotura? Solución: Presión esperada de rotura de formación = (0.80)(1 psi/pie)(9.000 pies) = 7.200 psi Presión hidrostática del fluido de fracturación = (0.433 psi/pie) (0.85) (9.000 pies) = 3.312 psi Presión requerida de bomba = presión esperada de rotura de formación – presión hidrostática = 7.200 psi - 3.312 psi = 3.888 psi 9 Ejemplo 3 Una formación tiene una presión de 3720 psi a 8.000-pies. El operador desea tener un margen de seguridad de 600 psi en el lado opuesto a la formación. ¿Cuál es la densidad requerida del lodo de perforación? Solución: Al modificar la ecuación obtenemos: P = 0.052 x G x h G = P/(0.052 x h) (lbm/gal) P = presión de la formación + margen de seguridad = 3720 + 600 = 4320 psi G = 4320/(0.052 x 8,000) = 10.4 lbm/gal 10 Detección de Sobrepresión Durante la Perforación Se pueden agrupar los métodos previos según los siguientes temas: Análisis de datos de rendimiento de perforación (tendencia de tasa de perforación) Análisis de datos de registros de lodo • • • • • • • Análisis de escombros (medición de la densidad a granel de la arcilla de pizarra) Determinación de capacidad de intercambio de cationes Análisis de Gas de Lodo Análisis de fluidos de perforación (grado de salinidad o resistividad, temperatura y densidad) 11 Zonas de Transición • Una zona de transición es un rango de profundidades en el cual cambian las gradientes de presión de poro. • Si una zona de transición tiene gradientes que se incrementan, esto puede causar golpes de presión. Sin embargo, las presiones de poro también hacen que se incrementen las gradientes de fracturas y es una ventaja colocar el revestimiento tan lejos como sea posible cuando hay zonas de transición Así se logrará una mayor fuerza de base para poder continuar con la perforación. A veces se requiere tratar de equilibrar los factores para perforar tan lejos como sea posible pero sin causar un golpe de presión. • Si una zona de transición tiene gradientes decrecientes, esto significa que también disminuirán las gradientes de fractura de formación. Pueden ocurrir pérdidas cuando se fractura la formación. Si las pérdidas son tan graves que el nivel del fluido en el pozo disminuye, podrá ocurrir un golpe de presión de las zonas abiertas de mayores gradientes de presión que están abiertas en el pozo. • Es importante identificar pronto las zonas posibles de transición, para tomarlas en cuenta en la planificación del pozo. 12 Presión de Poro y Gradiente de Fractura • El perforador deberá estar alerta en caso de que se presenten indicadores de cambios en la presión de poro. Existen varios parámetros que puede monitorear durante la perforación: • Tasa de penetración – cuando disminuya la exceso de presión del lodo en la presión de poro de las formaciones, los trépanos de tres conos podrán perforar más rápidamente. Esto se puede notar más con trépanos de diente fresado, y menos con trépanos con insertos. • Torsión y arrastres de perforación - que dan como resultado un aumento de los sólidos en el hoyo de perforación cuando el exceso de presión disminuye. • Cambios en el volumen o la existencia de derrumbes – cuando se disminuya el exceso de presión del lodo existirán más derrumbes. • Gas disuelto en el lodo – si se perfora en una zona de gas, puede ingresar más en la solución cuando disminuye la exceso de presión. • Temperatura del lodo en el conducto de flujo – las presiones mayores de poro tienen la tendencia a causar incrementos de la temperatura y por tanto un aumento en la tendencia normal debe ser investigado. • Resistividad / grado de salinidad del lodo – puede verse afectado si más fluido de poro (que generalmente es salino) ingresa en el lodo. 13 Métodos de verificación de sobrepresión La decisión de cuándo se parará temporalmente de perforar y realizar la cementación del revestimiento en el pozo antes de continuar con operaciones de perforación más profundas es clave tanto para lograr el éxito técnico como económico de las actividades de perforación. • • • Si se coloca el revestimiento muy alto, se requerirá una sarta de perforación adicional no planificada para alcanzar la profundidad planeada, y por tanto los costos serán mucho mayores y se disminuirá el tamaño final del pozo. Si no se coloca el revestimiento cuando se requiera, puede ocurrir un reventón subterráneo, que puede ser muy costoso y que puede requerir del taponamiento y abandono de la mayor parte del hoyo de perforación. • Por eso es necesario conocer con precisión la presión de formación para seleccionar la mejor profundidad de colocación del revestimiento. Por tanto, ¿qué podemos hacer? • Generalmente se registran los datos del hoyo abierto de perforación (registros de tiempo de tránsito, de conductividad, o de resistividad) para contar con registros permanentes de las formaciones penetradas antes de colocar el revestimiento. Se han desarrollado métodos empíricos para estimar la presión de formación partiendo de algunos de los parámetros que dependen de la porosidad medidos por los registros de pozo. • Las estimaciones de presión calculadas de esta forma permiten verificar las estimaciones previas de presión realizadas durante la planificación y perforación del pozo. También son muy valiosas estas estimaciones de presión cuando se planifican pozos futuros en el área. 14 Gradiente de Fractura de Formación • Cuando se encuentra presión anormal, se debe aumentar la densidad del fluido de perforación para que se mantenga la presión del hoyo de perforación mayor a la presión de poro de formación para evitar el flujo de fluido de las formaciones permeables dentro del pozo. • Existe un valor máximo de densidad del fluido de perforación que puede ser tolerado. Esto significa que existe una profundidad máxima de la zona de presión anormal hasta la cual se puede perforar el pozo de forma segura, sin tener que cementar otra sarta de revestimiento en el pozo. • Es importante saber la presión a la cual una fractura de formación puede ocurrir, para todas las profundidades del pozo, para poder planear y perforar un pozo si hay formaciones anormales. • Para comprender las tensiones subterráneas que resisten las fracturas de formación, tome en cuenta los procesos geológicos que ocurrieron anteriormente. Los estados más simples y más comunes de tensión bajo la superficie ocurren en sedimentos relativamente jóvenes asentados en un ambiente de depósitos deltaicos. En este tipo de ambiente geológico, las tensiones de matriz horizontales x y y tienden a ser aproximadamente iguales y más pequeños que la tensión vertical de sobrecarga z. 15 Gradiente de Fractura • Se usan varias técnicas basadas en la relación de la presión de fractura con la presión de poro y la tensión de matriz horizontal para estimar la gradiente de fractura. • Se calcula la presión de poro de los datos de perforación o de registros (es decir que se basan en correlaciones empíricas). • Generalmente se asume que la presión de sobrecarga es aproximadamente 1 psi/pie (pero no es así en la mayoría de casos). 16 Planificación de Pozos -Perfiles de Presión y Tensión Son importantes estos perfiles de presión / tensión en el diseño de pozos. Este diagrama es un trazado de los diferentes valores de tensión y presión comparados con la profundidad para un pozo planificado. La gradiente del fluido de perforación debe ser un poco mayor que aquella de presión de poro. Así se puede ejercer una exceso de presión contra la presión de poro. ¿Qué ocurre con la presión de poro por debajo de los 9200 pies? Por debajo de los 9200 pies, se penetra una Zona de Transición de Presión. Disminuye la exceso de presión. 17 Planificación de Pozos -Perfiles de Presión y Tensión 1. Se indica la perforación a 13.600 pies con lodo. ¿Qué ocurrirá cuando la presión de poro sea mayor a la hidrostática de lodo? 2. Cuando se perfore a los 13600 pies se encontrará otra zona de transición de presión. Se incrementa rápidamente la presión de poro. Se encuentra a veces este tipo de perfile severo en pozos de altas presiones y temperaturas a profundidades significativas. Si no se aumenta la gradiente de lodo, se perderá la exceso de presión y habrá un golpe de presión en el pozo, si la formación tiene suficiente permeabilidad para permitir que el fluido de poro fluya dentro del pozo. 18 Tensión de sobrecarga • En este gráfico se indica la gradiente de tensión de sobrecarga en psi/pie de la Costa del Golfo de Estados Unidos. A 10.000 pies de profundidad vertical, la gradiente es de alrededor de 0.945 psi/pies y la tensión, profundidad x gradiente, será 9.450 psi. • Sobrecarga – peso de la roca por encima de la profundidad que nos concierne. • Aumentos de gradiente según la profundidad (compactación). • Tensión de sobrecarga a 10.000 pies = 10000 x 0.945 = 9450 psi. • ¿Cuál es la tensión de sobrecarga a 4000 pies? La tensión de sobrecarga a 4000 pies = 0.895 x 4000 = 3580 psi. 19 Pruebas de Integridad de la Formación Procedimiento • • Después de cementar el revestimiento en el pozo, se protegerá la roca por encima de la base del revestimiento de las tensiones generadas cuando se perfore más profundamente. Necesitamos saber la fuerza de la roca justo por debajo de la base del revestimiento. Normalmente, pero no siempre, la roca más débil del hoyo abierto es la menos profunda y expuesta por debajo de la base del revestimiento, en donde la tensión mínima principal es la menor. El procedimiento consiste en perforar para salir de la base del revestimiento y perforar cerca de 15 pies o 5 metros de la nueva formación. Cierre el preventor de reventones, sellando el pozo por encima del anillo. Ahora bombee lentamente dentro del pozo y mida la presión comparado con el volumen bombeado. En el trazado se indica la presión comparada con el volumen bombeado. 20 Pruebas de Integridad de Formación – Prueba Completa de Presión de Admisión 1. Si se realiza una prueba completa de presión de admisión, la formación debajo de la base se fracturará. El bombeo continuo extiende las fracturas de tal manera que se alejen del pozo. Cuando se detiene la bomba, se cierran las fracturas y la presión baja hasta que la presión de fluidos bajo la base se igual a la Presión de Cierre de Fractura. La presión que cierra las fracturas = tensión principal más baja y por tanto se mide directamente la tensión real principal. 2. La línea roja indica la relación entre la presión comparada con el volumen cuando se realizó la prueba de presión del revestimiento, antes de perforar la base. 3. Tome en cuenta que la parte inicial del gráfico muestra el comportamiento elástico del pozo. El Punto en donde ya no existe este comportamiento elástico se conoce como Punto de Presión de Admisión. No es necesariamente igual a la Presión de Cierre de Fractura. Es más bien el punto en el que el fluido comienza a salir del pozo sea por iniciarse fracturas pequeñas en la región cerca del hoyo del pozo (en donde las tensiones locales se distorsionaron por la perforación del hoyo) o si no se realizó apropiadamente la tarea de cementación y parte del fluido se derrama hacia arriba y hacia el anillo cementado. 4. La mayoría de operadores no realiza una prueba completa de presión de admisión. Cuando ya se conoce el punto de presión de admisión se detiene la prueba y antes de que se propaguen las fracturas alejándose de la región cercana al hoyo del pozo. En el gráfico indicado, se detendría la prueba en el primer punto después del Punto de Presión de Admisión. 21 Golpe de Presión - Definición Concepto: Ocurrirá un golpe de presión cuando el fluido de poro de la formación ingrese en el hoyo del pozo porque la presión hidrostática de lodo no es suficiente 22 Causas de los Golpes de presión Una presión hidrostática de lodo insuficiente puede estar causada por: • Perforación en una formación con sobrepresión. • Si no se mantiene lleno de lodo el hoyo • Pistoneo • Disminuye la gradiente de lodo debido a la contaminación o deficiente mantenimiento • Desconexión no planificada de un tubo prolongador marino. 23 Acciones Inmediatas Se detecta un golpe de presión así: • • Primero ocurre un incremento en la tasa de flujo hacia fuera del hoyo Después aumenta el volumen del lodo superficial (aumento del nivel de la fosa de lodo) 1. Cuando el perforador haya detectado un golpe de presión, se deben detener las bombas y cerrar el BOP tan pronto como sea posible. Se realizarán ejercicios de entrenamiento periódicos para asegurarse de que los Perforadores reaccionen correctamente a las indicaciones de un golpe de presión. 2. ¡El Perforador debe cerrar el Preventor de Reventones tan pronto como sea posible! 24 Sobrepresión – Pozo Encerrado El gráfico indica la situación del pozo. Antes de encerrarlo, la línea de gradiente de pozo muestra la presión en el pozo entre cero en la superficie y la hidrostática de lodo en el fondo. Después de encerrar el pozo, la presión aumenta hasta que la presión de pozo = presión de poro. Para que ocurra esto, debe haber presión debajo del BOP por encima de la columna de lodo. Esta es la presión en la tubería de perforación, PDP. Se calcula la presión de poro de la formación con golpe de presión al agregar la PDP a la presión hidrostática de lodo. En el gráfico, se ha dibujado la línea de gradiente de lodo encima de la presión de formación Pf y así se obtendrá la presión de encierre Pdp. 25 Sobrepresión – Pozo Encerrado Antes de que puedan continuar las operaciones, se debe reemplazar el lodo con lodo de mayor gradiente que equilibre la presión de poro. Se indica mediante una línea roja en el gráfico. Se puede calcular la gradiente de este lodo pesado al dividir la presión de poro por la profundidad. Dentro del anillo se encontrará una mezcla de lodo de perforación y fluido de poro. El fluido de poro es más liviano que el lodo de perforación entonces la presión hidrostática total en el anillo será menor que en la tubería de perforación (que es lodo no contaminado). Para poder equilibrar la presión en el fondo, la presión de anillo será mayor a la presión de tubería de perforación. Debido a que se conoce el volumen del ingreso de fluido de poro (por el incremento de volumen de lodo de superficie), se puede calcular la gradiente de densidad del ingreso mediante la diferencia entre la presión de la tubería de perforación y aquella de la superficie de anillo. 26 ¿Cuáles son los siguientes pasos? Antes de poder continuar llevando a cabo las operaciones normales, • Se debe retirar el fluido que ha ingresado en el anillo • La presión hidrostática de lodo debe equilibrar la formación Gradiente de lodo a equilib. Mud gradient to balance = Presión de formación Formation pressure Profundidad vertical verdadera True Vertical Depth Presión de formación Pres.hidros.lodo Formation pressure = mud hydrostatic + Pdp Gradiente de lodo So kill mud gradient ahogo = Grad.lodo (mud gradient x TVD) + Pdp TVD Estos son los primeros cálculos que se realizan después de cerrar el pozo. 27 Golpe de presión – Primer Ejemplo •Se produce un golpe de presión en un pozo. La verdadera profundidad vertical de la formación con golpe de presión es de 10 mil pies. La gradiente del lodo en uso es de 0.6 psi/pies. Ocurre un golpe de presión en el pozo y después de cerrar el BOP, la presión de la tubería de perforación se estabiliza hasta alcanzar 1000 psi. ¿Cuál es la presión de la formación y cuál es la gradiente de lodo requerida para balancearla? •Solución: Formation pressure = mud hydrostatic + Pdp Presión de formación Pres.hidros.lodo Pf (10, 000 0.6) 1, 000 7, 000 Gradiente de lodo So kill mud gradient ahogo 7,000 = 0.7 psi/ft 10,000 28 Golpe de presión – Segundo Ejemplo Se produce un golpe de presión en un pozo. La verdadera profundidad vertical de la formación con golpe de presión es de 8 mil pies. La gradiente del lodo en uso es de 0.5 psi/pies. Ocurre un golpe de presión en el pozo y después de cerrar el BOP, la presión de la tubería de perforación se estabiliza hasta alcanzar 400 psi. ¿Cuál es la presión de la formación y cuál es la gradiente de lodo para el golpe de presión requerida para balancearla? Solución: Presión de formación Formation pressure = mud hydrostatic + Pdp Pres.hidros.lodo Pf (8, 000 0.5) 400 4, 400 4,400 So kill mud gradient = 0.55 psi/ft 8,000 Gradiente de lodo ahogo 29 Expansión del Gas Anular En el gráfico se indica la situación con gas en el fondo y cuando llega hasta la superficie. La parte inferior de la burbuja de gas es igual a la línea de presión mostrada por la gradiente de lodo ya que durante el ahogo del pozo, se mantiene igual la presión de fondo de hoyo. Por el lodo entre el fondo del hoyo y el fondo del gas se conoce la presión del fondo de la sección con gas. Para calcular la expansión de gas se usa la Ley de Gas Combinado (Ley de Boyle, presión x volumen = constante y la Ley de Charles, la presión es inversamente proporcional a la temperatura si el volumen permanece igual). Al usar la Ley de Boyle se produciría un error importante ya que hay una gran diferencia entre las temperaturas del fondo de hoyo y de la superficie. 1. En la práctica, la presión del anillo aumenta cuando se ahoga el pozo debido a esta expansión de gas. El gas en expansión desplaza al lodo del pozo. La presión de gas disminuye cuando sube y por tanto el gas se expande mientras sube (Ley de Boyle), por tanto la altura del volumen ocupado por el gas aumenta, mientras que disminuye aquella del lodo. 2. La presión hidrostática de gas + lodo disminuye, por tanto, Pan debe aumentar para compensar si el BHP permanece igual. 30 Aumento de la Presión Anular La presión anular aumenta cuando circula por fuera de un golpe de presión ya que la expansión del gas disminuye la altura del volumen de lodo en el anillo. 31 Componentes de tolerancia de golpes de presión • Cuando se perfora un pozo, se debe averiguar la capacidad del pozo para solucionar (salir de) un ingreso (sin que se fracture ninguna formación por debajo de la base) Se conoce con el nombre de "tolerancia a los golpes de presión" a esta tolerancia ante los problemas ocasionados por el golpe de presión. • Una “tolerancia a los golpes de presión” está dada por el volumen y la presión de ingreso de gas que pueden ser circuladas hacia fuera del pozo. • Existen dos valores a indicar cuando hay una "tolerancia a los golpes de presión": 1. 2. La presión de poro asumida de la formación con golpe de presión. El volumen aceptable de ingreso de gas para esta presión de poro asumida que puede circular por fuera del pozo. Se deben definir ambos factores. 32 Tolerancia de golpes de presión 1 Esta es la situación del pozo que se usa para calcular la tolerancia a los golpes de presión. Se conoce la fuerza de la base gracias a la prueba de integridad de formación que se realizó cuando se perforó para salir del revestimiento. Se conoce la profundidad de la base del siguiente revestimiento, al igual que la gradiente de la presión hidrostática del lodo que se usará. En este ejemplo la presión de fractura a 5000 pies es de 3750 psi y la presión hidrostática del lodo a 8000 pies es de 4800 psi. Se va a asumir algunos aspectos sobre la presión de poro cuando haya golpes de presión del pozo. Luego se calculará el volumen máximo de ingreso que puede circular hacia fuera. Para los cálculos de tolerancia de golpe de presión, se asume que el ingreso circulará hacia afuera usando la misma gradiente de lodo que la existente originalmente. Cuando ya haya salido el ingreso, se circulará por el pozo lodo pesado para restaurar el exceso de presión. 33 Tolerancia de golpes de presión 2 En este caso, se asume que se enfrentará una sobrepresión cuando la presión es 10% mayor que la presión hidrostática del lodo. Después de encerrar el pozo, se podrá calcular la presión de la tubería de perforación. Se muestra en el gráfico una línea entre la presión de poro y la presión de la tubería de perforación. La presión del fondo del gas debe tener valores cercanos a los indicados por esta línea. Cuando se circula hacia fuera un ingreso de gas, el mayor valor de la gradiente de presión estará en la parte superior de la columna de gas. Por tanto, se ejercerá la mayor presión en la base cuando la parte superior del gas llegue a la base. Se conoce ya esta presión que es de 3750 psi y se llama presión de fractura. Si se hace una suposición sobre la gradiente de gas, se puede dibujar una línea por debajo de este declive, desde la presión de fractura de la base hasta que cruza con la línea de gradiente de lodo por encima de la sobrepresión de la parte inferior. Ya que se conocen el diámetro del anillo (tamaño del trépano) y el diámetro exterior de la tubería de perforación, se puede convertir esta altura en un volumen, V1. También se podrá conocer la temperatura a esta profundidad, T1. La presión de gas P1 = 3750. 34 Tolerancia de golpes de presión 3 1. Al conocer la presión, el volumen y la temperatura del gas en la base, se puede revisar la situación cuando ocurra el primer golpe de presión. Se conocen la presión (=presión de poro) y también la temperatura a dicha profundidad. La única variable desconocida es V2 y ahora se la puede calcular usando la Ley de Gas Combinado. 2. Este volumen es el máximo volumen de ingreso inicial que puede circularse hacia afuera sin fracturar la formación en la base, a la presión de poro asumida para golpes de presión. 35 Definición de inestabilidad de hoyo de pozo Se puede reconocer la inestabilidad de hoyo de pozo cuando su diámetro no se mantiene del mismo tamaño que el trépano que lo perforó. 36 Predicción de la Presión Anular Durante Operaciones de Control de Pozo El procedimiento es el siguiente: • Primero verificar que hay un golpe de presión es decir que el pozo esté fluyendo • Calcule una aumento del volumen de la fosa (un volumen de lodo que haya fluido a la fosa superficial después de haber cerrado el pozo). • Registre las presiones de encierre de tubería de perforación y de revestimiento • Establezca de qué tipo de golpe de presión se trate, sea de agua, petróleo o gas • Resuelva el problema del golpe de presión mediante la circulación de fluido en el anillo por medio de un obturador ajustable en la superficie, asegurándose de que la BHP (la presión de fondo de hoyo) es un poco mayor a la presión de la formación o aquella del golpe de presión • Durante la circulación, registre la presión del anillo y el volumen de lodo bombeado. Este será el perfil de presión anular. 37 Esquema de Operaciones de Control de Pozo • • Resuelva el problema del golpe de presión mediante la circulación de fluido en el anillo por medio de un obturador ajustable en la superficie, asegurándose de que la BHP (la presión de fondo de hoyo) es un poco mayor a la presión de la formación o aquella del golpe de presión Gas flare Durante la circulación, registre la presión del anillo y el volumen de lodo bombeado. Este será el perfil de presión anular. 38 Condiciones iniciales del pozo durante las operaciones de control de pozo Concepto de Tubo en “U" Usando el equilibrio de presión en el momento del golpe de presión (inicial) Pap + (0.052)(P m (D-Lk) + k x Lk - Pm x D) = Pdp (Principio del Tubo en “U”) Cálculo de k; k = P m - (Pc - Pdp) / (0.052 x Lk Este es un cálculo aproximado. Ya que k es una función de calibradores de presión, el m en el anillo es mayor que el m en la sarta de perforación, y por lavados (geometría del hoyo). 39 Cómo Identificar los Golpes de Presión Se debe determinar la longitud del golpe de presión y la presión de la formación Se establece la longitud del golpe de presión dependiendo del aumento de la fosa y la geometría del hoyo de pozo. PRIMER CASO: Si el volumen del golpe de presión Vk < capacidad cerca de DC, entonces Lk = Vk x Cdc (Cdc = longitud/unidad del volumen, son muy importantes las unidades de medición) SEGUNDO CASO: Si el volumen del golpe de presión Vk > capacidad cerca de DC, entonces Lk = Ldc + (Vk Ldc / Cdc) x Cdp 40 Relación entre la BHP y Pdp Condición estática Condición dinámica 41 Cómo Identificar los Golpes de Presión Si k < 4 ppg, el golpe de presión está compuesto principalmente por gas, y si k > 8 ppg, el golpe de presión está compuesto por líquidos En la ecuación anterior se asume que ingresa el golpe de presión como un tapón es decir que no es una mezcla con el fluido de perforación. Si el golpe de presión no es un tapón, entonces se calcula Vk como una mezcla de fluidos de golpe de presión y de perforación. Es decir, Vk = G + q x td 42 PROBLEMA DE EJEMPLO – CÓMO IDENTIFICAR UN GOLPE DE PRESIÓN Pregunta: Se está perforando un pozo a una profundidad vertical de 10000 pies mientras se circula 9.6-lbm/gal de lodo a una tasa de 8.5 bbl/min cuando el pozo comienza a fluir. El volumen de fosa aumenta en 20 barriles de lodo durante un período de 3 minutos antes de que se detiene la bomba y se cierran los preventores de reventones. Después de estabilizar la presión, se registran una presión inicial de tubería de perforación de 520 psig y una presión inicial de revestimiento de 720 psig. La capacidad anular del revestimiento opuesto a la tubería de perforación es de 12.9 pies/bbl. La capacidad anular opuesta a 900 pies de collares de perforación es de 28.6 pies/bbl. Calcule la densidad de fluido de golpe de presión. La capacidad total de la sarta de perforación es de 130 bbl. Solución: Se presenta un esquema de la geometría de este ejemplo en la siguiente diapositiva. La capacidad total opuesta a 900 pies de collares de perforación es 900 pies 31.5 bbl 28.6 pies / bbl Si se asume que los fluidos de golpe de presión ingresaron como un tapón, el volumen del fluido de golpe de presión es menor a la capacidad total anular opuesta a los collares de perforación. Por tanto, Lk 20 bbl 28.6 pies / bbl 572 pies 43 Diagrama Hidráulico Esquemático 44 Se puede calcular así densidad del fluido de golpe de presión: k m pc pdp 0.052 Lk 9.6 720 520 2.9 lbm / gal 0.052 572 Se deben interpretar los resultados como una indicación de un fluido de golpe de presión de baja densidad es decir un gas. Si se asume que se mezclará el fluido del golpe de presión con el lodo bombeado cuando estaba fluyendo el pozo: Vk 20 bbl 8.5 bbl / min 3 min 45.5 bbl El largo de la zona mezclada está dado por La densidad promedio de la zona mezclada está dada por L Lk L3 Vk 3 C 2 900 45.5 31.5 12.9 1.081 pies C3 k m pc pdp 0.052 Lk 9.6 720 520 6.04 lbm / gal 0.052 1,081 Debido a que la columna de la zona mezclada es solamente de 1.081 pies de largo y bajo gran presión, la densidad promedio puede relacionarse con la densidad del fluido de golpe de presión usando ecuaciones para la densidad efectiva de mezclas que no se pueden comprimir Al solucionar esta ecuación se obtiene como resultado una densidad de fluido de golpe de presión igual a Lo que indica también que es un gas. 6.04 k 20 k 25.5 9.6 45.5 6.04 45.5 9.6 25.5 45 1.5 lbm / gal 20 Pregunta: Ocurre un golpe de presión de 20 bbl a una profundidad de 10000 pies. Después de estabilizar la presión, se registran una presión inicial de tubería de perforación de 520 psig y una presión inicial de revestimiento de 720 psig. La capacidad interna de 9100 pies de tubería de perforación es de 0.01422 bbl/pies y la capacidad interna de 900 pies de collares de perforación es de 0.0073 bbl/pies. Se registró previamente una presión de bomba de 800 psig a una tasa reducida de 20 carreras por min. El factor de bombeo es de 0.2 bbl/carrera. Calcule el programa de presión de tubería de perforación requerido para mantener constante la presión de fondo de hoyo mientras aumenta la densidad promedio de lodo en la sarta de perforación, desde un valor inicial de 9.6 lbm/gal hasta la densidad final de ahogo del lodo. Solución: La presión inicial de la tubería de perforación requerida después de estabilizar la velocidad de bombeo a 20 carreras / min.está dada por: La densidad del lodo de ahogo está dada por pdpf pdp p p 520 800 1.320 psig pdp 520 2 1 9.6 10.6 lbm / gal 0.052 D 0.052 10,000 El cambio total de presión de tubería de perforación requerido para mantener constante a la presión de fondo de hoyo cuando la densidad de lodo en la sarta de perforación se incrementa de 9.6 a 10.6-lbm/gal está dada por p p pdpf 2 1 0.052 D 1 800 pdpf 10.6 9.6 0.052 10.000 437 psig 9 .6 Por tanto, la presión final de circulación de la tubería de perforación está46 dada por: 1320 – 437 = 883 psig MÉTODO DE PESO Y CIRCULACIÓN (DEL PERFORADOR) Debido a que es lineal la relación entre la densidad promedio de lodo en la sarta de perforación y la presión de circulación de la tubería de perforación, se pueden obtener mediante un gráfico los valores intermedios de la presión de circulación de la tubería de perforación. Si se incrementa gradualmente la densidad de lodo durante la circulación (método de circulación y peso), se debe mantener un registro de la densidad de lodo bombeada en la sarta de perforación para conocer en todo momento la densidad promedio del lodo en sarta de perforación. Se puede simplificar esta técnica si se asume que la densidad promedio de lodo en la sarta de perforación es la densidad de lodo en un punto de la sarta de perforación que tiene un volumen igual de lodo tanto por encima como por debajo. La mitad del volumen total de la sarta de perforación está dada por: 1 9,100 0.01422 900 0.0073 68 bbl 2 La cantidad de carreras de bomba requerida para bombear 68 bbl está dada por: Debido a que la tasa de bombeo es de 20 carreras/min, demorará 68 bbl 340 strokes 0.2 bbl / strokes 340 carreras 17 min 20 carreras / min para que el lodo vaya de la superficie a este punto. Por tanto, se puede calcular la presión de tubería de perforación real en un punto dado del tiempo al ingresar el valor de la densidad de lodo (de la siguiente diapositiva) que fue medido en la 47 sección de la bomba 17 minutos antes. Programa de Presión de Perforación para el Método de Peso y Circulación 48 MÉTODO DE ESPERAR Y PESO (DEL INGENIERO) Si se aumenta la densidad de lodo hasta llegar al valor final de 10.6-lbm/gal antes de iniciar la circulación del golpe de presión (método de esperar y peso), generalmente es conveniente expresar la densidad promedio del lodo en la sarta de perforación como una función de la cantidad de carreras bombeadas. Se asume que la relación es lineal, para simplificar. Debido a que el diámetro interno de la sarta de perforación no es uniforme, esta presunción puede generar algún error, pero éste será muy pequeño para las sartas de perforación más comunes. La cantidad total de carreras necesarias para bombear el lodo de ahogo al trépano está dada por 9,100 0.01422 900 0.0073 680 carreras 0.2 Por tanto, la densidad promedio de lodo en la sarta de perforación aumentará 1-lbm/gal después de bombear 680 carreras. Asumiendo que es una relación lineal, se pueden calcular los valores intermedios de la presión de la tubería de perforación mediante un gráfico como se indica en la siguiente diapositiva 49 Programa de Presión de Tubería Perforación para el Método de Esperar y Pesar 50 Apéndice - Detección de Presión Anormal y Control de Pozos 51 Cálculo del exponente d para pronosticar indirectamente la presión anormal de formación Pregunta: A una tasa de penetración de 23-pies/hr cuando se perfora una arcilla de pizarra a una profundidad de 9515-pies usando un trépano de 9.875-pulgadas en un área ubicada en la costa del Golfo de los Estados Unidos. El peso en el trépano fue de 25,500lbf y la velocidad giratoria de 113-rev/min. La densidad equivalente de circulación en el trépano fue de 9.5-lbm/gal. Calcule el exponente d y el exponente modificado d. Solution: Se define el exponente d así: R 23 log 60 N 60 113 1.64 d units 12W 12 25.5 log log 1 , 000 9 . 875 1 , 000 d b log d exp Se define el exponente d modificado así. Recuerde que la gradiente de la presión normal en la costa del Golfo de los Estados Unidos es de 0.465-psi/pies. d mod n 0.465 d exp n 8.94 lbm / gal e 0.052 8.94 1.54 d unidades 9.50 d mod 1.64 52 Cálculo de la densidad a granel de la arcilla de pizarra para pronosticar indirectamente la presión anormal de la formación Pregunta: Una bomba de inyección de mercurio dio un registro en la escala de 45.30 cm3 a 24 psig con una tasa vacía de muestra en una cámara de aire. Cuando se colocó una muestra de 25.13-g de escombros de arcilla de pizarra en una tasa de muestra, se obtuvo un registro de 34.24 cm3. Calcule la densidad promedio a granel de la muestra. Solución: Mediante la siguiente ecuación, se puede calcular la densidad promedio a granel de la muestra de escombros de arcilla de pizarra sh msh 25.13 2.27 g / cm3 V1 V2 45.3 34.24 53 Cálculo de la densidad a granel de la arcilla de pizarra para pronosticar indirectamente la presión anormal de la formación Pregunta: Se agregaron escombros de arcilla de pizarra a un equilibrio limpio, seco, de lodo hasta alcanzar un equilibrio con una tapa colocada de lodo y el indicador de densidad muestra 1.0 g/cm3. Se agregó agua dulce a la taza y se mezclo hasta quitar todas las burbujas de aire. Se determinó que la densidad de la mezcla es igual a 1.55 g/cm3. Calcule la densidad promedio de los escombros de arcilla de pizarra. Solución: 1.0 2 w2 sh 2.22 g / cm3 2 w m 2 1.0 1.55 54 Columna de Densidad Variable Usada para Determinar la Densidad a Granel de la Arcilla de Pizarra de sus Escombros La columna de densidad variable tiene un líquido con una densidad que aumenta dependiendo de la profundidad. Los escombros de arcilla de pizarra cayeron hasta que alcanzaron una profundidad en la que la densidad de los escombros de arcilla de pizarra y la del líquido son iguales. Generalmente se seleccionan cinco muestras de cada muestra preparada y se registran sus densidades promedio. Se puede obtener una columna de densidad variable al mezclar cuidadosamente bromoformo (sg = 2.85) y tetracloruro de carbono o tricloro-etano en un cilindro graduado. 60% de bromoformo en el fondo y 20% CCl4, y 20% de aire. Se usan granos de calibración para establecer la línea. Se debe preparar y usar esta columna en un colector de gases. CCl4 es tóxico. Cierre la columna cuando no la esté usando. 55 Cálculo de la densidad a granel de la arcilla de pizarra para pronosticar indirectamente la presión anormal de la formación Pregunta: Los cinco fragmentos depositados de arcilla de pizarra en una columna de densidad variable, como se indica en el siguiente gráfico, se detuvieron inicialmente en las siguientes marcas de referencia de un cilindro graduado d e250 mL: 150, 155, 160, 145, y 155. Determine la densidad promedio a granel de los fragmentos. Solución: Al usar la curva de calibración del siguiente gráfico y las perlas de densidad de calibración, se indican las siguientes densidades de arcilla de pizarra. Registro (mL) Densidad a granel (g/cm3) 150 2.32 155 2.30 160 2.28 145 2.34 155 2.30 La densidad promedio de arcilla de pizarra para los cinco valores de densidad 56 indicados es de 2.31 g/cm3 Estimación de la Tensión de Sobrecarga basada en el efecto de compactación (carga geoestática) Calcule la tensión de sobrecarga vertical que sea el resultado de la carga geoestática cerca de la costa del Golfo de México a una profundidad de 10000 pies. La densidad del grano es 2.6-g/cm3, la porosidad superficial es 0.41, y la constante de declive de porosidades 0.000085-pies-1. Solución: La tensión de sobrecarga vertical que sea el resultado de la carga geoestática puede calcularse con la siguiente ecuación con una profundidad de agua igual a cero. ob sw g Dw g g Ds g fl g o 1 e K D s K La densidad normal de fluido de poro para el área de la costa del Golfo es 1.074-g/cm3. Al convertir las unidades de densidad a lbm/gal, usando la constante de conversión 0.052 para convertir ρg a psi/pies ob 0.052 2.60 8.33 10,000 1 e 0.000085 10,000 0.052 2.6 1.074 8.33 0.41 0.000085 ob 11.262 1.826 9.436 psi 57 Esta pregunta es una continuación del problema de cómo identificar un golpe de presión. Está relacionada con cómo circular por fuera del golpe de presión 58
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Report "2.5. Presión Normales Anormales y Subnormales"