El documento presenta el diseño de la perforación de pozos, describiendo los aspectos a considerar como el objetivo, la columna geológica esperada, el programa de toma de información, la recopilación de datos de pozos de correlación, la determinación de gradientes de presión, la selección de profundidades para las tuberías de revestimiento, la selección y programa de fluidos de perforación, el diseño de tuberías de revestimiento, cementación, diseño de sartas de perforación y programas de barrenas. El documento provee una guía

1. Diseño de la Perforación de Pozos
Diseño de la Perforación de Pozos
ÍNDICE
página
Aspectos Generales 7
Introducción 7
I. OBJETIVO DE LA PERFORACIÓN 7
Coordenadas del conductor y objetivo 7
Posición estructural 8
Profundidad total programada 9
Diámetro de la tubería de explotación 9
Preguntas y respuestas 11
II. COLUMNA GEOLÓGICA ESPERADA 11
Preguntas y respuestas 11
III. PROGRAMA DE TOMA DE INFORMACIÓN 11
Registros 12
Núcleos 13
Pruebas de producción 16
Preguntas y respuestas 18
IV. RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN DE POZOS DE CORRELACIÓN 18
Registros geofísicos 19
Registros de fluidos de perforación 20
Historia de perforación 21
Resumen de operaciones 21
Distribución de tiempos 22
Registro de barrenas 22
Configuraciones estructurales 22
1

2. Diseño de la Perforación de Pozos
Preguntas y respuestas 22
V. DETERMINACIÓN DE LOS GRADIENTES DE PRESIÓN (FORMACIÓN Y FACTURA) 25
Gradientes de formación y de fractura 26
Conceptos fundamentales 26
Presión hidrostática 26
Presión de sobrecarga 27
Presiones de formación 27
Presión de fractura 29
Proceso de compactación 29
Ecuación de Eaton 30
Origen de las presiones anormales 30
Nivel piezométrico de fluido 31
Características del sistema roca-fluido 31
Ritmo de sedimentación y ambiente de depósito 32
Actividad tectónica 32
Efectos diagenéticos 33
Represionamiento o recarga 34
Fénomenos osmóticos y de filtración 34
Efectos termodinámicos 34
Metodología para determinar las presiones anormales 35
Técnicas utilizadas antes de la perforación 35
Interpretaciones sísmicas 35
Interpretaciones geológicas 36
Técnicas utilizadas durante la perforación 36
Velocidad de penetración 38
Momento de torsión aplicado a la tubería 38
Carga soportada por el gancho al levantar la tubería 39
Exponente “d” y “dc” 39
Presión de bombeo del lodo 40
Incremento en el volumen de lodo 40
Registros del lodo 40
Incremento de recortes (volumen, forma y tamaño de recorte) 42
Densidad de la lutita 42
Porcentaje de montmorillonita 42
Temperatura del lodo 43
Paleontología 43
Técnicas utilizadas después de la perforación 44
Registro de inducción 44
Registro sónico de porosidad 44
2

3. Diseño de la Perforación de Pozos Diseño de la Perforación de Pozos
ciones (por ejemplo, los límites de falla por ten- 0.97 mmpcd de gas. Ha producido durante 6 años, la producción Registro de densidad 45
sión y compresión). de agua es 4%, durante la toma de información se presentó un
Registro sónico dipolar 46
problema al quedarse la sonda y durante las operaciones de pes-
Aplicación en campo ca se quedó más herramienta, sin lograr recuperarla en interven- Puntos para la graficación 47
Un análisis linealmente elástico, el cual utiliza unas ción con equipo. Tendencia normal de compactación 48
ecuaciones relativamente sencillas, combinado con Pruebas de integridad y de goteo 48
buenas estimaciones de parámetros in-situ y el crite- Proponga por lo menos 2 alternativas de solución desarrollando el
Métodos de evaluación para la determinación de los
rio de falla adecuado, pueden bajo circunstancias programa operativo, días de intervención y estado mecánico final.
geométricas apropiadas, proveer de una herramien- gradientes de presión, de formación y fractura 50
ta cuantitativa consistente para predecir la estabili- Determinación del gradiente de presión de formación 51
dad del agujero. Preguntas y respuestas 55
Bibliografía 55
La adecuada determinación de esfuerzos, in-situ en
un área, resulta en reducción de costos en las tube-
rías de revestimiento y cementaciones. VI. SELECCIÓN DE LAS PROFUNDIDADES DE ASENTAMIENTO
DE LAS TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO 55
Preguntas y respuestas
Preguntas y respuestas 56
1 Cuáles son los principales requerimientos que se
consideran en la elaboración de un proyecto hori- VII. SELECCIÓN DE LA GEOMETRÍA DEL POZO 57
zontal y/o multilateral.
3. Qué consideraciones básicas se tienen para la per- Preguntas y respuestas 57
foración horizontal.
VIII. SELECCIÓN Y PROGRAMA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN 57
4. Enumere los métodos de perforación horizontal y
las características principales de cada método.
Introducción 57
5. Qué tipos de terminación son las más comunes en Inestabilidad del agujero 58
pozos horizontales. Estructura general de las arcillas 58
Mecanismos de inestabilidad de las arcillas 60
6. Cuáles son las consideraciones especiales para
evaluar la probabilidad de una reentrada. Hidratación 60
Estabilización de la lutita 62
7. Si tuviéramos un pozo con las siguientes caracte- Programa de fluidos de perforación 63
rísticas:
Preguntas y respuestas 67
Profundidad: 3500 m
TR 16" a 800 m, densidad de lodo 1.10 gr/cc, ROP 15 IX. DISEÑO DE LAS TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO 68
m/hr.
TR 10 ¾" a 2500 m, densidad de lodo 1.30 gr/cc, ROP
Introducción 68
20 m/hr.
Liner 7 5/8" de 2350 a 3500 m, densidad de lodo 1.65 Tubería conductora 68
gr/cc, ROP 20 m/hr. Tubería superficial 68
Empacador anclado a 3100 m. Tubería intermedia 69
Aparejo de producción 3 ½"
Tubería de explotación 69
El intervalo productor es 3280-3308 m, arena con
espesor de 34 m, producción 1200 BPD de aceite y
210 3

4. Diseño de la Perforación de Pozos Diseño de la Perforación de Pozos
Tubería de revestimiento corta (liners) 69 Para alcanzar un entendimiento más profundo de los Po= presión de poro
factores que afectan la estabilidad, se deben exami-
Selección de las tuberías de revestimiento 70
Para un pozo horizontal:
Esfuerzos de la tubería de revestimiento durante la introducción, Sqmín =3SH-Sv-Pw-Po (50)
cementación y posterior a la cementación 71 Una revisión cuidadosa de las ecuaciones 49 y 50
Efecto de choque 71 revela que 3SH-Sv siempre será menor que 2SH para
Sv>SH. Por lo tanto Sqmín, siempre será menor en un
Efecto de cambio en la presión interna 72
pozo horizontal que en uno vertical.
Efecto de cambio en la presión externa 72
Efectos térmicos 72 Colapso
Efectos de flexión 72
Estabilidad de la tubería 72 Para el colapso se debe considerar Sqmáx. Conforme
la inclinación se incrementa, Sqmáx se incrementa. Si
Pandeo de las tuberías 73
Sqmáx excede la resistencia a la compresión de la roca
Preguntas y respuestas 73 en la pared el agujero, la pared del pozo se colapsará.
Bibliografía 73
La ecuación para Sqmáx es:
X. DISEÑO DE CEMENTACIÓN 73
Fig. 192.- Reposicionamiento del agujero de una posición Para un pozo vertical:
vertical a una horizontal, la pared del agujero está sujeta al
Cementación primaria 73 más alto valor de esfuerzo.
Sqmáx= 2SH-Pw-Po (51)
Recomendaciones para cementaciones primarias 74
Factores para mejorar el desplazamiento 75 Para un pozo horizontal:
nar varias de las expresiones matemáticas para es-
¿Cómo mejorar la cementación de tuberías de revestimiento? 75 fuerzos en el agujero. Las ecuaciones presentadas
Sqmáx= 3Sv-SH-Pw-Po (52)
Centradores 75 están en su forma más simple y suponen que SH=Sh
y Sv>SH.
Productos químicos 76
Efecto de la inclinación del agujero Revisando las ecuaciones 51 y 52, Sqmáx para un pozo
Perfiles de velocidad y presión de desplazamiento 77
horizontal será mayor, colocando la roca de la pared
Fuerza de arrastre y centralización de la tubería 77 A una profundidad determinada, con esfuerzos in del agujero en un pozo horizontal bajo una carga
Fuerza de arrastre del lodo, resistencia del gel y erosión del lodo 78 situ fijos, el esfuerzo tangencial (Sq) varía con res- compresiva mayor que en un pozo vertical. El único
pecto a la posición alrededor del pozo. Si la elipse de factor que puede ser modificado para reducir la com-
Mover la tubería durante el acondicionamiento del lodo y la cementación 78
esfuerzos alrededor de la circunferencia de la pared presión es el peso del lodo Pw.
Acondicionar el lodo antes de la cementación 79 del pozo pudiera ser medida a una profundidad de-
Evitar reacciones adversas lodo-cemento 79 terminada, se vería que existen un esfuerzo tangencial
Controlar los gastos de desplazamiento y la reología de las lechadas 79 máximo Sqmáx y uno mínimo Sqmín. La localización de Teoría de estabilidad del agujero
éstos depende del estado de esfuerzos in situ.
Preguntas y respuestas 80
Como ya se ha visto, el determinar con precisión
Bibliografía 80 Fractura el rango de densidades del fluido de perforación
para perforar sin que se presenten problemas de
XI. DISEÑO DE LAS SARTAS DE PERFORACIÓN 80 Conforme la inclinación se incrementa, Sqmíndisminuye estabilidad es un aspecto muy importante durante
y cambia hacia un estado de tensión. Si esta tensión la perforación de pozos horizontales y de alcance
excede la resistencia a la tensión de la roca ocurrirá extendido. Por esto, es conveniente utilizar un
Objetivo 80 una fractura. modelo de estabilidad mecánica que se adecue a
Lastrabarrenas 81 las condiciones generales de un campo determi-
Estabilizadores 81 Para un pozo vertical: nado. Básicamente, cualquier modelo de estabili-
Tubería pesada (H.W.) 82 dad mecánica consta de un conjunto de ecua-
Sqmín =2SH-Pw-Po (49) ciones constitutivas asociadas a un criterio de fa-
Tubería de perforación (T.P.) 82
lla. Las ecuaciones constitutivas describen las pro-
Procedimiento para un diseño de sarta de perforación 82 donde: piedades de deformación de la formación y el cri-
Preguntas y respuestas 85 Pw= peso del lodo terio de falla determina los límites de las deforma-
4 209

5. Diseño de la Perforación de Pozos Diseño de la Perforación de Pozos
tos de sondeo y surgencia. Debido a la longitud del situ se distribuyen alrededor de la pared del agu- XII. PROGRAMAS DE BARRENAS 90
agujero, el sondeo y surgencia pueden ser significa- jero y se remueve el soporte provisto originalmente
tivos en pozos de alcance extendido. por la roca. Esos esfuerzos son: el radial efectivo
(SR), actuando perpendicular al pozo, el tangencial Tipos de barrenas 90
Alta densidad de circulación equivalente (Sq), actuando alrededor de la circunferencia de la Factores para la selección de barrenas 90
pared del pozo y el axial (Sz), actuando paralelo al Tamaño de barrenas 90
Debido a la longitud del agujero en un pozo de este eje del agujero.
Determinación del costo por metro 91
tipo, una alta caída de presión en el espacio anular
(con un rango de operación de densidad estrecho) Un modelo matemático de mecánica de rocas pue- Preguntas y respuestas 92
puede incrementar la densidad de circulación equi- de ser utilizado para relacionar directamente SR, Sq y
valente, hasta llegar a fracturar. Sz con Sv, SH y Sh, así como la inclinación y el azimut XIII. PROGRAMA HIDRÁULICO 92
del agujero, para determinar si estos esfuerzos pue-
Objetivo 92
Los efectos de inclinación, azimut, tiempo, densidad den producir tensión o compresión.
y tipo del lodo, sondeo, surgencia y densidad de cir- Factores involucrados 92
culación equivalente, afectan los esfuerzos impues- Resistencia de la roca Parámetros hidráulicos 93
tos en el agujero y cuando éstos son mayores que la Impacto hidráulico 93
resistencia de la roca, el agujero falla mecánicamen- La roca puede fallar por tensión o por compresión.
Caballos de fuerza hidráulicos 93
te. La falla compresiva (colapso del agujero) ocurre cuan-
do los esfuerzos compresivos impuestos a la roca Velocidad del fluido de perforación en las toberas 93
Esfuerzos contra Resistencia exceden su resistencia uniaxial a la compresión. La Velocidad anular 93
falla por tensión (fractura del agujero) ocurre cuan- Guía para la optimación hidráulica 93
Los esfuerzos in situ pueden descomponerse mate- do Sq, se convierte en tensión y excede la resistencia
Recomendaciones para el diseño hidráulico 94
máticamente en sus componentes principales: un a la tensión de la roca. La resistencia a la compresión
esfuerzo de sobrecarga (Sv), un esfuerzo horizontal puede determinarse sometiendo un núcleo a esfuer- Nomenclatura 97
máximo (SH) y un esfuerzo horizontal mínimo (Sh), zos compresivos en una celda triaxial hasta que éste Preguntas y respuestas 98
tal como se muestra en la Fig. 191. Para efectos de falle. La resistencia a la tensión, la cual es básica-
mente el esfuerzo requerido para separar la roca,
XIV. TOMA DE INFORMACIÓN 100
puede también determinarse de muestras de roca o
de pruebas de goteo.
Registros geofísicos 100
Los investigadores de mecánica de rocas han adop- Núcleos 102
tado una convención, la compresión es positiva y la
Preguntas y respuestas 102
tensión es negativa.
Conceptualizar las fuerzas sobre la pared del aguje- XV. PERFORACIÓN DIRECCIONAL 102
ro, es otra manera de entender la naturaleza de la
inestabilidad sin tener que hacerlo a través de
Aspectos generales 102
ecuaciones. Como se mencionó anteriormente, a
medida que la inclinación del pozo se incrementa, el Planeación del proyecto direccional 109
agujero es más sensible a la inestabilidad mecánica. Cálculo de la trayectoria de un pozo direccional 121
Suponiendo que el esfuerzo de sobrecarga Sv, es Aspectos de operación 127
mayor al esfuerzo horizontal SH (lo cual sucede en
Nomenclatura 137
una formación compacta), el movimiento hacia una
Fig. 192. Esfuerzos In situ comparados con la resistencia Ejemplo de aplicación 137
situación inestable a medida que se incrementa la
de la roca.
inclinación es más fácil de entender. Como el pozo Bibliografía 142
va de la vertical a la horizontal, la pared del agujero
simplificación, SH y Sh se consideran iguales. En una está sujeta al valor más alto del esfuerzo Sv (Fig. 192).
XVI. PERFORACIÓN HORIZONTAL, MULTILATERAL Y DE ALCANCE EXTENDIDO 143
formación compacta estos son muy semejantes, aun- Para contrarrestar este elevado nivel de esfuerzos, se
que en una formación sometida a esfuerzos debe incrementar la densidad del fluido de perfora- Introducción 143
tectónicos éstos pueden diferir significantemente. ción. Antecedentes 144
Conforme el pozo es perforado, los esfuerzos in- Proceso multilateral 144
208 5

6. Diseño de la Perforación de Pozos Diseño de la Perforación de Pozos
Requisitos del sistema 145 Si el pozo tiene un ritmo de incremento relativamen- éxito de un pozo de alcance extendido.
te bajo (1 a 3°/100 pies) y un ángulo tal que la tensión
Selección del sistema-propuesta técnica 145
sea mínima, no se puede esperar que el desgaste
Operaciones 146 sea un problema potencial. Sin embargo, los benefi- La inestabilidad del pozo se manifiesta como fallas
Vida útil de proceso 146 cios de tener bajos ritmos de incremento y una ten- por compresión (derrumbes) cuando la presión
sión reducida en la sarta de perforación pueden hidrostática del fluido de perforación es insuficiente
Esquema operacional del estudio de factibilidad 146
disminuire por la práctica de repasar el agujero para para mantener la integridad del agujero y como
Selección de equipo 146 fallas por tensión (fracturas), cuando la presión
mantenerlo limpio. El repasar maximiza la tensión y
Estudio de factibilidad de perforación 146 las fuerzas en la pared del agujero a través de la sec- hidrostática del fluido es excesiva.
Perforación horizontal y multilateral 147 ción de incremento al mismo tiempo que la sarta gira.
Objetivo 147 La cuantificación del rango de densidades para una
La figura 190 compara la tensión superficial mien- operación segura, requiere del conocimiento de los
Consideraciones básicas dentro de la perforación horizontal 151
tras se perfora con la tensión generada cuando se esfuerzos in situ del campo, el comportamiento me-
Diseño de las tuberías de revestimiento 153 repasa en un agujero de 12 1/4" a 21mil 200 pies cánico de la formación y la magnitud de la presión
Métodos de perforación horizontal 154 de profundidad desarrollada. En este ejemplo, el formación.
Aplicaciones 162 punto de inicio de desviación está a 1,000 pies y el
pozo tiene un ritmo de incremento de 2°/100 pies Estrecho rango de operación
Caracterización de yacimientos 164
a un ángulo de 75°, con una profundidad de 5 mil
Caracterización del campo Santuario 167 300 pies. La tensión en ambos casos fue calculada En general, conforme la inclinación del agujero se
Análisis comparativo entre pozos horizontales, verticales y desviados 173 utilizando un programa comercial, el cual está incrementa a través de formaciones de lutita prin-
Proyecto de reentradas en campos de la División Sur 174 basado en un modelo de torque y arrastre. La ten- cipalmente, se necesita una densidad del fluido de
sión es suficiente para causar un problema por perforación mayor para prevenir el colapso del
Proyecto multilateral del pozo santuario 28-H 176
desgaste dependiendo del tiempo que se prolon- agujero. Al mismo tiempo, el gradiente de fractu-
Objetivo 176 gue la operación de repasar, de la abrasividad del ra se mantiene o decrece. En otras palabras, se
Predicción de la producción 187 lodo y del tipo de bandas en las juntas. Por esto, estrecha el rango de operación de densidad del
Análisis económico 187 es necesario considerar los efectos de desgaste al lodo, entre el gradiente de fractura y la presión de
repasar y si es el caso, se debe considerar el uso poro.
Alcances de la producción 192
de protectores de hule para las tuberías y bandas
Conclusiones 192
Dependencia del tiempo
Perforación de alcance extendido 194
Operación Tensión Klb Porcentaje de incremento
Aplicación en campo 209 Debido a que las secciones de un pozo tienden
Preguntas y respuestas 210 Perforando con rotación 116 - a ser mayores y requieren de mayor cuidado
para mantenerlas libres de recortes, se emplea
Sacando con rotación (repasar) 231 100
más tiempo de perforación en comparación con
un pozo vertical o con baja inclinación. Por lo
tanto, existe una mayor oportunidad para que
no abrasivas en las juntas de la tubería dentro del la lutita del pozo se hidrate cuando se emplea
agujero ademado. un lodo base agua. La hidratación incrementa
Estabilidad mecánica de pozos el contenido de agua en la roca, el cual afecta
los esfuerzos en la cercanía de la pared del pozo
Hasta 1940, los expertos entendían que los esfuer- y reduce la resistencia. Esto no ocurre usual-
zos en la pared del agujero, podrían en algunos mente con un fluido base aceite, ya que éste no
casos, exceder la resistencia de la roca y esto penetra en los espacios porosos a menos que la
traducirse en la inestabilidad del agujero. En 1979, densidad del lodo esté inusualmente sobre-
un modelo matemático demostró que conforme balanceada.
se incrementa la inclinación del pozo se requiere
una densidad del lodo mayor para prevenir el co- Intolerancia a la surgencia y sondeo
lapso.
Si el rango de operación de densidad del fluido de
Desde mediados de los 80, los expertos identifica- perforación es estrecho, debe existir una pequeña
ban la inestabilidad del pozo como crítica para el tolerancia en la densidad del lodo asociada a los efec-
6 207

7. Diseño de la Perforación de Pozos Diseño de la Perforación de Pozos
ción a los cuales fueron construidas las curvas res-
pectivas. F igura 188
Limpieza del agujero
P res ión de circulación, ps i
Diseño de Perforación de Pozos
La limpieza del agujero es un elemento muy impor- P V/Y P GP M 5 '' 5*6 5/8"
tante en la perforación de pozos de alcance extendi- 3/6 530 1781 1120
do con altas inclinaciones y grandes desplazamien- 7/10 780 3814 2459
tos. Cuando se le aplica rotación a la tubería de per- 11/14 940 5612 3638
foración, los recortes son agitados dentro del flujo y
circulados fuera del agujero. Por esto, para mejorar
la limpieza del agujero, es conveniente rotar la sarta ASPECTOS GENERALES carse para el diseño de cualquier tipo de pozos y
mientras se perfora. una adecuada limpieza de los pozos de alcance ex- cuyo único requerimiento consiste en aplicar la tec-
tendido. Introducción nología adecuada en cada etapa. La planeación de
Presión de bombeo y diámetro de la tubería de per- Relación velocidad anular - Diámetro de la tubería de la perforación de un pozo, requiere de la integración
foración perforación El diseño de la perforación de pozos es un proceso de ingeniería, segurídad, ecología, costo mínimo y
sistemático y ordenado. Este proceso requiere que utilidad.
Estudios de laboratorio han mostrado que el flujo La velocidad anular es un factor clave en la limpieza algunos aspectos se determinen antes que otros.
turbulento es benéfico para la limpieza del agujero. del agujero. Por lo tanto, siempre es deseable en- Por ejemplo, la predicción de presión de fractu- I. OBJETIVO DE LA PERFORACIÓN
De cualquier modo, en un pozo de alcance extendi- contrar caminos para incrementar la velocidad anu- ramiento requiere que la presión de formación sea
do de gran longitud, la capacidad de presión de bom- lar. La velocidad anular está relacionada directamen- determinada previamente. El objetivo de la perforación es construir un pozo
beo puede limitar la posibilidad de alcanzar el flujo te con el espacio anular entre el agujero y la tubería. útil: un conducto desde el yacimiento hasta la su-
turbulento. Si se desea obtener flujo turbulento, uti- La figura 189 muestra la velocidad anular para dife- Las etapas a seguir durante el diseño de pozos estan perficie, que permita su explotación racional en for-
lizar un diámetro mayor de tubería, no sólo rentes diámetros de tubería y agujeros. Estas veloci- bien identificadas y son las siguientes: ma segura y al menor costo posible.
incrementará la velocidad anular para un gasto de- dades están basadas en la suposición que 1,100 gpm
terminado, sino que permitirá utilizar mayores gas- pueden ser bombeados en un agujero de 17 1/2" o -Recopilación de la información disponible. El diseño de un pozo incluye un programa detallado
tos para una presión superficial dada. 16" y 900 gpm en un agujero de 12 1/4". Como lo para perforarlo con las siguientes características:
ilustra la Tabla 3, variar de un agujero de 17 1/2" con -Predicción de presión de formación y fractura. -Seguridad durante la operación (personal y equi-
La figura 188 muestra un ejemplo de los beneficios tubería de perforación de 5" a un agujero de 16" con po).
del empleo de una combinación de 5" - 6 5/8" de tubería de perforación de 6 5/8" incrementa la veloci- -Determinación de la profundidad de asentamiento
tubería de perforación, comparado con el empleo de las tuberías de revestimiento. -Costo mínimo.
F igura 189
de tubería de perforación de 5". El gasto y la presión
de bombeo para este ejemplo están basados en al- iam. Agujero,pg. T P , pg. GP M Vel. anul. pie/min -Selección de la geometría y trayectoria del pozo. -Pozo útil de acuerdo a los requerimientos de pro-
canzar flujo turbulento en el espacio anular en la sec- 17 1/2 5 1100 96 ducción y yacimientos (profundidad programada,
ción de 12 1/4" de un pozo de alcance extendido de 16 6 5/8 1100 117 -Programa de fluidos de perforación. diámetro establecido, etcétera).
20 mil pies. La densidad del lodo es de 12 lb/gal. La 12 1/4 5 900 176
sarta está compuesta por 10 mil pies de tubería de 5" 12 1/4 6 5/8" 900 208 -Programa de barrenas. Cumpliendo con lo siguiente:
y 10,000 pies de tubería de 6 5/8", aparejo de fondo y
barrena PDC, sin motor de fondo ni MWD. Como se dad anular de 96 pies/min a 117 pies/min, o sea un -Diseño de tuberías de revestimiento y Programa de · Seguridad
muestra en la figura 188, el empleo de tubería de 23 por ciento. cementación.
perforación de 6 5/8" reducirá significativamente la Otro beneficio de un agujero de 16" con relación a la · Ecología
presión de bombeo asociada con flujo turbulento. limpieza, es que se genera un 16 por ciento menos -Diseño de las sartas de perforación.
de recortes en volumen. · Costo mínimo
Por ejemplo, a 940 gpm, el flujo turbulento es alcan- -Programa hidráulico.
zado alrededor de la tubería de 5" con casi 2 mil psi Relación desgaste de la tubería - Operación de repa- · Utilidad
de presión de bombeo. De cualquier modo, si se sar el agujero -Selección del equipo de perforación.
agregara un MWD o un motor de fondo a la sarta, la
presión de bombeo sería de 6 mi psi para alcanzar el El desgaste de la tubería es función del tiempo de -Tiempos estimados de perforación. Coordenadas del conductor y objetivo
flujo turbulento, aún con tubería de mayor diáme- rotación, del ritmo de incremento y de la tensión en
tro. Debido a que la mayoría de las bombas y de los la sarta por debajo de la sección de incremento. En- -Costos de la perforación. Una forma de posicionar exactamente un punto en
sistemas de circulación no pueden manejar esta pre- tre mayores sean el tiempo de rotación, los ritmos la tierra es mediante el uso de las coordenadas U.T.M.
sión, se han desarrollado otros medios para obtener de incremento y la tensión, mayor será el desgaste. Debido a que este proceso es general, puede apli- (Universal Transversal de Mercator) que son univer-
206 7

8. Diseño de la Perforación de Pozos Diseño de la Perforación de Pozos
sales y están referidas a cierta proyección cónica de nósticos geológicos que consisten en: nera tradicional:
la tierra. (43)
1. La columna geológica esperada.
Para perforar un pozo, se requiere de uno o más
3HVR(76 ) = . % cosθ7 [ ( Z'3 * /'3 ) + ( Z'$ * /'$ ) ]
puntos para ubicar la trayectoria que debe seguir 2. Los bloques afallados de la estructura para selec-
un pozo. Una coordenada nos indicará la posición cionar los pozos vecinos. donde:
desde la cuál se inicia la perforación y otra que nos
indicará el punto en el que se localiza el objetivo de- 3. La identificación de las anomalías geológicas que Peso(TS) = peso flotado total de la tubería en una sec-
finiendo así si el pozo será vertical o direccional. Sin puedan encontrarse durante la perforación del pozo. ción tangente, lb.
embargo, es posible que un pozo sea perforado para LDP= longitud de la sección de tubería de perfora-
alcanzar más de un objetivo. 4. Contar con mapas geológicos para seleccionar los ción, pies
pozos que se revisarán para programar el nuevo
Posición estructural pozo. Para evitar el pandeo en la sección recta arriba del
punto de pandeo, el peso sobre barrena no debe
El primer paso en la planeación de un pozo es la En la mayoría de los casos se obtiene de primera exceder la suma de las cargas de pandeo críticas
recolección de información de los pozos vecinos mano, un plano de ubicación (figura1) y un plano más el peso total flotado colgando por debajo (Ec. Fig. 187.- Solución gráfica para la determinación del peso
perforados en el área, una vez que se establecen los de isocimas que muestra las características de la 44): de la tubería en la sección de incremento.
objetivos del pozo, se deberán considerar los pro- estructura (figura 2), el cual conforma el yacimiento
(44)
to y proporciona un valor apropiado para sustituirse
en la Ec. 46.
PROYECTO DE POZOS PLANO REGIONAL 5, 729 . 6 * Z '3 ( VLQθ 7 − VLQD ) Variaciones en el peso del lodo
DE UBICACIÓN :2% <= )&5,7 + . % +
REGION SUR
´ %5
Cuando se utilizan las curvas basadas en las Ecs. 38
CD DEL CARMEN
IC O o 42, puede ser conveniente realizar un ajuste si es
O D
E M EX
LAGUNA + cos θ Τ ( Z 'S * /'3 ) + ( Z '$ * /'$ ) que la densidad real del lodo difiere substancialmente
LF
GO DE
COSACO
COSTERO TERMINOS de la densidad teórica. Esto puede hacerse con las
TENGUAYACA FRONTERA
NUEVOS NARVAEZ
LIRIOS H E Para el caso más común, donde el agujero es verti- siguientes ecuaciones:
EC
PTO. CEIBA
MANEA TIZON LAG.ALEG.
CA
MP cal arriba del punto de inicio de desviación, la ecua-
CARDO ESCUINTLE BOCA SAN DE
O.
SANTUARIO SEN CAPARROSO
MENTARICINO
DTTO.
DEL
TORO ROMAN ED ción 5 se simplifica de la siguiente manera: Para la ecuación 1:
YAGUAL
CHINCHORRO
BELLOTA
COMALCALCO C. MACUSPANA (47)
PALANGRE CD. JONUTA
5 PTES. RODADOR (45)
CHIPILIN VILLAHERMOSA PEMEX .%
BLASILLOMAGALLANEZ
)&5,7 − $'- = )&5,7
S. SAMARIA
TABACO JOLOTE CO
A. DULCE OGARRIO CARDENAS
PLATANAL JOSE
ET
AB
AS
5, 729. 6( VLQθγ ) 0.765
JACINTO
COLOMO
ED
OD
3HVR( %6 ) = . % * Z '3
LA CENTRAL
FORT.
NAL %5 donde :
CARMITO ED TAPIJULAPA
LAS CHOAPAS A. PRIETO O.
DE
CALETON GAUCHO
TA
BA
PALENQUE
REPUBLICA
y debido a que la carga de pandeo crítica dada FCRIT-ADJ = carga crítica de pandeo ajustada para va-
DTTO. AGUA
DULCE
SECADERO
CHIRIMOYO
SC
O por la ecuación 38 y por las prácticas comunes es riaciones en el peso del lodo, lb.
CHUMIAPAN
CAMBAC CHINTUL DE
cero en un agujero vertical, la ecuación 44 se sim-
CATEDRAL
ED
O
BACHAJON
GUATEMALA plifica a: Para la ecuación 45:
DE
PRESA NETZAHUALCOYOTL DTTO. REFORMA CH
IA DTTO. OCOSINGO
(46) (48)
PA
EDO. DE OAXACA
.%
3HVR( %6 − $'- ) = 3HVR( %6 ) [ ]
S
OCOSINGO RI
O
SU
5, 729. 6 * Z '3 ( VLQθ 7 )
YAJALON C HI
MESOZOICO PRESA CHICOASEN
AT
E
:2% <= . % + 0.817
RI
TERCIARIO
O
GR
IJ A
OCOTAL
%5 donde:
LV
DTTO. CARDENAS A CAMPO
cos θ Τ ( Z 'S * /'3 ) + ( Z '$ * /'$ )
TUXTLA GTZ
NAZARETH LACANTUN
CANTIL Peso(BS-ADJ) = Peso total flotado de tubería en una
LACANDON
BONAMPAK
sección de incremento ajustado por variaciones de
PRESA B. DOMINGUEZ
Como la Ec. 38, la Ec. 45 tiene su representación peso en el lodo, lb.
gráfica (Fig. 187). La solución gráfica es útil para esti-
mar el peso de la tubería en la sección de incremen- Los factores 0.765 y 0.817 son los factores de flota-
Figura1 Plano regional de ubicación.
8 205

9. Diseño de la Perforación de Pozos Diseño de la Perforación de Pozos
(41) acompañados generalmente de una sección pozos pueden clasificarse de la siguiente manera:
diagramática que muestra el perfil del objetivo con -Someros.- pozos con profundidad menor a 15 mil
donde: respecto a pozos vecinos (figura 3). ft (4 mil 570 m).
LDA = longitud del aparejo de fondo,
pies
wDA = peso en el aire del aparejo de
fondo, lb/pie CAMPO MUSPAC HORIZONTE CRETACICO SUPERIOR
qT = inclinación del agujero en una
sección tangente, grados.
Si la sección tangente es horizontal, el
tercer término en la ecuación 41 es
cero. Teóricamente, la compresión
mecánica en la sección tangente de- 2780m
.
AGU
bería ser igual al WOB, en toda su lon- 28
00 AC
A
EIT
gitud. En este caso, si el peso sobre la NIV
EL
E
HVTQ68ÃÃ
Fig. 186.- Trayectoria típica de un pozo de alcance extendido barrena excediera la carga crítica de 00
27
pandeo, el pandeo se debería predecir
2652
3190
43
21
en la totalidad de la sección tangente. 26
00
para una sarta que esta rotando y moviendose 2576
2780
2861
lentamente hacia abajo:
2630
De cualquier modo, es improbable que todo el arras- 00 41
25 2445 63
00
tre por tensión pudiera ser despreciado con parte de 22
24 4503
Compresión = WOB-peso flotado abajo del punto
la tubería pandeada, así el pandeo puede presentar- 2549
2741
de interés (39)
2981
Ig E 2615 00
se abajo del punto de tangencia donde la carga 23
61
compresiva pudiera ser mayor. 42 27
00
Después se compara la compresión en la tubería con 2303 52 2354
81
M. Int. 2487
280
su carga de pandeo crítica para determinar si existe Para la sección recta, arriba del punto de inicio de
2328
320
300
340
0
2246 2580
pandeo. Alternativamente, sustituyendo la carga crí-
0
desviación, para calcular el peso flotado abajo del
0
44 2825
0
2299
tica de pandeo por compresión en la Ec. 39, el peso punto de inicio de desviación se debe agregar el peso 2553 82
64
sobre barrena puede limitarse para que la tubería no de la tubería en la sección de incremento al peso por
presente pandeo:
2301
debajo del punto de tangencia. El peso flotado de la 2551
2630
2380
tubería en la sección de incremento puede ser calcu-
WOB = Fcrit + peso flotado abajo del punto de lado por: SIMBOLOGIA.
interés (40) (42)
POZO PRODUCTOR
WOB = Peso Sobre Barrena
5,729.6( VLQθγVLQD )
3HVR( %6 ) = . % * Z'3 [ ] Figura 2 Plano estructural de un campo.
Cálculo del peso flotado abajo del punto de %5
interés donde:
Para la sección recta abajo del punto de tangencia, si Peso(BS) = peso total flotado de la tubería, en una -Profundos.- pozos con profundidad entre 15 mil y
el ángulo de tangencia es menor a 90°, la compre- sección de incremento, lb Profundidad total programada 20 mil ft (4 mil 570 y 6 mil 100 m).
sión mecánica más alta en la tubería de perforación wDP = peso de la tubería en el aire, lb/pie
se ubicará en la junta inferior, en este caso, en la a = inclinación de una sección recta arriba del Es la profundidad vertical a la que se encuentra el -Ultraprofundos.- pozos con profundidad mayor a 20
cima del aparejo de perforación. El pandeo de la tu- punto de inicio de desviación, grados objetivo, pero cuando un pozo no es perforado en mil ft (6 mil 100 m).
bería en este punto se evita manteniendo el peso sobre BR = ritmo de incremento, °/100 pies forma vertical, entonces existe una profundidad lla-
barrena por debajo de la suma de la carga de pan- mada profundidad desarrollada total que es mayor a
deo crítica más el peso flotado del aparejo de perfo- Si la sección tangente no es horizontal, la sarta de la profundidad vertical total. Diámetro de la tubería de explotación
ración abajo de la junta inferior de la tubería de per- perforación por debajo del punto de tangencia tam-
foración: bién contribuye al peso. Para evaluar el peso colga- De acuerdo a la profundidad vertical alcanzada, los El diseño de un pozo se realiza a partir de la tubería
do abajo del punto de tangencia, se calcula de ma-
WOB = Fcrit + KBcosqT(wDA*LDA)
204 9

10. Diseño de la Perforación de Pozos Diseño de la Perforación de Pozos
ción para verificar si existe pandeo. Si se determina deo ocurrirá primero en una sección recta del
que existe pandeo bajo las condiciones de perfora- agujero que se encuentre arriba o abajo de la
4800 mbNM S- 87 S- 1199 S-99 ción planeadas, se debe emplear menor peso sobre sección de incremento, no en la sección de in-
la barrena o una tubería con mayor carga de pan- cremento misma. Esto no ocurre en una sec-
deo crítica. La ecuación de Dawson-Pasley ha sido ción de decremento de ángulo.
3800 KS 3795 m
ampliamente aceptada en la industria y existen cur-
KS 3835 m
3900 KS 3875 m
4000
KM 4002 m
KM 4040 m
4100 QU Ã#%!À KM 4077 m
4200
4300 KI 4250 m
KI 4326 m ##
##
4400
4500
QU Ã#$ À
4600
4700
Coordenadas del objetivo (Punta Gorda)
X= 121239.93 Y= -22475.99
4800
QU Ã#'À
Coordenadas del pozo conductor
Pera del pozo samaria 87
X= 120966.96 Y= -22921.57
JMO
Figura 3 Sección diagramática para ubicar en el espacio un pozo, respecto a sus pozos de correlación.
de explotación, lo cual indica que la planeación se
efectua de abajo hacia arriba.
Esta última tubería está diseñada para soportar la
La tubería de revestimiento es una parte esencial de máxima presión del fondo de la formación produc-
la perforación y terminación del pozo. Consiste de tora y debe evaluarse para que también resista las
tramos de tubería de acero ya sean roscados o sol- presiones que se manejarán en caso que el pozo se
dados uno a otro, para formar un conducto desde la fracture para aumentar su productividad.
profundidad deseada hasta la superficie. En el diseño del pozo, ésta se coloca arriba y a través
de la zona productora, para evitar derrumbes y man- Fig. 185. Solución gráfica a la ecuación de Dawson-Pasley
Los diseños más comúnes contemplan las siguien- tener el agujero limpio.
tes tuberías de revestimiento:
vas que presentan una solución gráfica de manera
El diámetro de la tubería de explotación está en fun- rápida (Fig.185). Considere el ejemplo del pozo mostrado en la
1- Tubería de revestimiento conductora ción de los requerimientos, expectativas, y caracte- La carga de pandeo crítica en una sección cur- figura 186 y suponga que la sarta de perfora-
rísticas del yacimiento primordialmente aunque pue- va del agujero, dentro de la sección de incre- ción consta únicamente de aparejo de fondo y
2.- Tubería de revestimiento superficial de verse afectada por efectos de la profundidad, mento, siempre es mayor que en una sección tubería de perforación, con la limitación de
formación, los fluidos de control y problemática es- recta, por lo tanto, si se incrementa el peso so- mantener la sarta de perforación sin pandeo.
3.- Tubería de revestimiento intermedia perada, verificando los esfuerzos a que estará some- bre barrena en un pozo de alcance extendido Primero, se determina la compresión mecánica
tida; es decir debe diseñarse de acuerdo a los reque- que tenga una sección de incremento constan- máxima de la tubería en cada sección recta del
4.-Tubería de revestimiento de explotación. rimientos de producción, estimulación y reparación te hasta que la tubería presente pandeo, el pan- agujero. Despreciando la tensión por arrastre
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