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Tesina de Grado: Diseo Del Programa De Brocas Requerido Para Perforar El Pozo Direccional XD
Presentada por:Andrs Gonzlez Macas Manuel Jara Holgun Luis Ramrez PeaDIRECTOR: ING. KLBER MALAV
CAPTULO 1
FUNDAMENTOS TERICOS
Herramienta de corte que se sita en el extremo inferior de la sarta de perforacin.
TIPOS DE BROCAS
BROCAS PDC
BROCAS TRICNICAS
Dientes de Acero Econmico Formaciones blandas, medias, suaves Insertos de Carburo de Tungsteno Resistencia Formaciones blandas hasta muy duras
Girar los conos
Soportar cargas ejercidas por el WOB
Rodillos TIPOS Journal
RPM, Dimetros Mayores
WOB, Dimetros Menores
Dirigir el fluido de perforacin
Componentes
Una conexin roscada Tres ejes para los cojinetes Los depsitos de lubricante Los orificios ( fluido de perforacin)
Constituida por diamantes sintticos ( dureza 7 ) Cortadores PDC Duracin Resistencia Excelente para formaciones arcillosas
Acero
Carburo de Tungsteno (niquelcobre)
Elasticidad Mayor
Vida til mayor
Resistencia Erosin y Abrasin
Mas Econmicas
Une la broca con la sarta de perforacin Fabricacin de acero de alto porcentaje de Aleacin.
Vencer los esfuerzos de corte y compresin
BROCAS PDCCizallamiento: penetra, corta y elimina por capa
BROCAS TRICNICAS
Trituracin: fractura la roca por compresin
CAPTULO 2
INFORMACIN PRELIMINAR PARA LA SELECCIN DE BROCAS
DESCRIPCIN GENERAL DEL POZOEl pozo XD servir para desarrollar el campo S con el objetivo de incorporar a la produccin reservas de aproximadamente 1.3 MMBP.
Su configuracin mecnica ser: Hueco de 26 hasta 300 MD, revestidor de 20, 94 #, K-55. Hueco de 16 hasta 5757 MD, revestidor de 13 3/8, 72 #, C-95.
Hueco de 12 1/4 hasta 9303 MD, revestidor de 9 5/8, 47#, C90. Hueco de 8 hasta 10785 MD, Liner de 7, 26 # N-80.
CONFIGURACIN MECNICA PLANEADA
INFORMACIN DE POZOS VECINOS
Ofrecen la oportunidad de:
Comprender las condiciones en el fondo del pozo. Conocer las limitaciones de la perforacin. Establecer la adecuada seleccin de brocas.Dentro de la informacin tomada de dichos pozos tenemos:
Registro de brocas Parmetros operacionales que mejoraron o redujeron el desempeo de la perforacin. Formaciones perforadas y densidad (ver topes). seleccionar la estructura de corte
Registros geofsicos
caractersticas de las formaciones.
GEOLOGA ESTIMADA PARA EL POZO XD
PERFIL DIRECCIONAL
Pata de perro (Dogleg): Cambio Angular. Se mide en grados. Severidad de la pata de perro (Dog Leg Severity): Tasa de cambio. Se expresa en grados por cada 100 pies.
Inclinacin (Drift): Es el ngulo entre la vertical y la tangente al eje axial del pozo en un determinado punto.Azimuth (Direccin de Pozo): En un determinado punto el azimuth es la direccin del pozo en un plano, medido en grados en sentido horario (0- 360).
POZO J MODIFICADO
PERFIL DIRECCIONAL DEL POZO XD
LITOLOGAIndica la densidad requerida por los cortadores para las brocas de diamante. Las principales caractersticas son: De transicin cambios en la dureza de la formacin y provoca cargas disparejas en el perfil de la broca. Homogeneidad consistencia de la formacin. Permite ms flexibilidad en la seleccin de brocas. Interestratificacin estudio. cambios en la litologa del intervalo en
Fracturados o nodulares situacin de alto impacto, por lo cual no se recomiendan las brocas de diamante.
PROGRAMA DE FLUIDOS DE PERFORACINFluidos de Perforacin en la Seleccin de las Brocas Seleccin apropiada
Hidrulica ptima
Limpieza de la broca y del fondo del pozo Hueco de 12 1/4Propiedad Densidad del Lodo PV @ 120F YP @ 120F Geles Unidades Lpg cP lb/100ft2 lb/100ft2 Valor 9.5 10.3 12 25 15 26 4 8 / 12 - 19
CURVA DE PESO DE LODO VS PROFUNDIDAD
Terciario Indiferenciado
arenisca, Lutita limolita, cgl.
Tena B.T.
areniscas cuarzosas, K
Informacin del TaladroNombre del TaladroElevacin del Terreno Elevacin de la mesa rotaria
CPV 16889,11 psnm 915,11 psnm
Max. PresinPotencia
3800 psi1500 HP
Bombas de LodoNmero de Bombas 3 Total Presin c/u (psi) 1267 3800
Caudal (GPM)335
1000
Las capacidades del equipo limita la optimizacin de la perforacin.
PARMETROS OPERACIONALES
TORQUE
El torque rotativo es un indicador de lo que est pasando al nivel de la broca de perforacin Dao en estructura de corte
PDC
Patinando en una formacin dura y estructura de corte podra estar atrapada.
la
Conos estn bloqueados
TRICNICA
Estructura de Corte podra estar sin filo o atrapada
Formaciones Homogneas Formaciones Interestratifiacadas
Torque Constante Cambios en Torque
PESO SOBRE LA BROCA (WOB)Conforme la estructura de corte de la broca se desgasta, se requerir ms peso para mantener la tasa de penetracin.
VELOCIDAD DE ROTACIN (RPM)La velocidad de rotacin total de la broca es igual a la velocidad de rotacin en superficie ms la velocidad de rotacin del motor en profundidad Formaciones Abrasivas Duras Evitar alto RPM RPM bajo No exista desgaste Evitar reduccin de ROP
Tasa de penetracin (ROP)Si se debe continuar perforando con la broca
Indica
es necesario cambiarla porque no se encuentra dentro del rango adecuado de operacin
Adems depender del modo en que se est trabajando (rotando o deslizando).
Tasa de Flujo (Caudal)Transportan recortes debido a mayor velocidad anular Caudal
Aumentan energa hidrulica en la broca
PARMETROS PERFORACIN POZO XDNo. Dimetro brocas (in)
OPERACIONALES DE RECOMENDADOS PARA EL
Profundidad (ft)
ROP (ft/hr)
WOB (klb)
RPM
12 3 4 5 6 7
2616 16 12-1/4 12-1/4 12-1/4 8-1/2
300500 5757 7762 8363 9308 10784
20.040.0 105.1 47.7 24.0 47.3 52.7
2 85 15 10 25 5 25 15 30 10 20 10 20
50 8050 80 60 80 40 70 50 60 60 80 50 60
Control de Parmetros en formaciones complejas (Conglomerados de Tiyuyacu)Tiyuyacu Superior Conglomerados y en menor proporcin areniscas y lutitas. Tiyuyacu Inferior Conglomerados (90% cherts rojizos-angulosos, 10% cuarzos lechosos)y en menor proporcin areniscas gruesas y lutitas El tope de este miembro est conformado por areniscas finas y a veces por lutitas en facies de areniscas.
Problemas relacionados con los Conglomerados de TiyuyacuEn la perforacin de pozos vecinos al XD se han presentado diferentes problemas cuando se atraviesa Tiyuyacu Inferior Conglomerado chert (arena silcia) es abrasivo Se Usa broca de insertos Tiende a hincharse Huecos apretados
Aprisionamiento de tubera Derrumbes Embolamiento de la broca
CAPTULO 3
CLCULO Y OPTIMIZACIN DE LA HIDRULICA REQUERIDA POR LAS BROCAS
Determina el dimetro ptimo de las toberas, aqul que dar lugar a la mxima potencia hidrulica del flujo. El factor limitante puede ser la presin mxima de las bombas del taladro.
Motores de fondo MWD
Fuerza de giro (RPM)Posicin de la broca, Atascamiento, Patas de perro.
LWD
Datos de la formacin a tiempo realPrdidas de presin mnimas
Sistema de Navegacin Rotaria
Posicionamiento de los estabilizadores Fulcro (0, 60) Estabilizacin (0, 30, 60) (0,10,40,70) Pndulo (60)
Inicio MD (ft) 5757
Fin de MD (ft) 9308
Intervalo (ft) 3550
Inicio TVD (ft) 5521
Fin del TVD (ft) 8656
Densidad Punto cedente Viscosidad Plstica
Resistencia de GelPROPIEDADES DE LODO DENSIDAD PV YP Geles a 10 S/ 10 min INDICE DE LIMPIEZA (HSI) AUMENTA NO DEPENDE NO DEPENDE NO DEPENDE
PRESIN AUMENTA AUMENTA DISMINUYE AUMENTA
SURVEYSLectura de la inclinacin y la direccin de la herramienta en un punto en el espacio.
Son tomadas para: Medir la inclinacin y azimuth del pozo. Localizar la pata de perro (dogleg) y calcular su severidad. Determinar la orientacin de la cara de la herramienta (toolface).
DATOS TOMADOS EN EL SURVEY DEL POZO XD
DATOS CALCULADOS A PARTIR DEL SURVEY
La suma del rea de las boquillas (Pulgadas cuadradas)
TFAPresin Velocidad PresinBroca
Velocidad
Sarta de perforacin
ndice de Limpieza HSI Fuerza hidrulica que consume la broca (Energa para remover los recortes) Maximizar el ROP Ing. en Brocas cambia dimetro de boquillas (TFA)
TFA ~ 1/HSI
CAPTULO 4
PROGRAMA RECOMENDADO DE BROCAS PARA PERFORAR EL POZO XD
Programa de Brocas Recomendado
41
COMPARACIN ROP
TIEMPO DE PERFORACIN
Broca de 26 GTX-CG1BENEFICIOS & CONSIDERACIONES TCNICAS Broca de dientes con IADC 115. Posee 4 boquillas intercambiables (jet central) que proveen una hidrulica adecuada para minimizar el embolamiento de la broca.
Excelente aplicacin para la zona de Cantos Rodados (Boulders Zone) debido al efecto de paleo de sus dientes.
44
Litologa a perforar:
Formacin a perforar: Terciario Indeferenciado.Litologa: Cantos rodados (Conglomerados superficiales), Arcillolita.
Broca de 16 GTX-C1BENEFICIOS & CONSIDERACIONES TCNICAS Broca de dientes con IADC 114. Posee 4 boquillas intercambiables (jet central) que proveen una hidrulica adecuada para ayudar a la limpieza del hoyo. Excelente aplicacin para la zona de Cantos Rodados.
46
Litologa a perforar
Formacin a perforar: Terciario Indiferenciado.Litologa: Cantos rodados (Zona de Boulders), Conglomerado, Arcillolita.
Se debe asegurar pasar la Zona de Cantos Rodados que normalmente se encuentra hasta los 400-500 ft. Si se usa la PDC los cortadores se romperan o astillaran producto del impacto con los boulders.
Broca de 16 HCD605BENEFICIOS & CONSIDERACIONES TCNICAS 10 boquillas que aseguran excelentes condiciones de enfriamiento y limpieza de los cortadores. Caudal ideal esta entre 900 1000 GPM para lograr el mejor rendimiento posible ya que el intervalo a perforarse es en su mayora arcilla. Gran JSA 68.8 in2 (rea de desalojo), excelente remocin de recortes.
48
Litologa a perforarFormacin a perforar: Terciario Indeferenciado, Orteguaza. Litologa: Arcillolita, Limolita, Arenisca, Anhidrita Se trata de obtener la mayor ROP posible para atravesar Orteguaza en el tiempo ms corto debido a que la zona es arcillosa. El tamao de los cortadores, junto con la gran rea de desalojo sumado al diseo hidrulico permite optimizar la ROP al mximo posible.
Brocas de 12 HCD605X
BENEFICIOS TCNICAS
&
CONSIDERACIONES
Calibre permite desarrollar direccionales exigentes.
trabajos
7 boquillas intercambiables. HSI > 2 para lograr el mejor rendimiento de la broca.
50
Litologa a perforar Formacin a perforar: Orteguaza, Tiyuyacu (Conglomerado Superior). Litologa: Lutita, Arcillolita, Conglomerado (muy duro), Arenisca, Limolita. Perforar Orteguaza y el Conglomerado Superior de Tiyuyacu (150 ft en TVD).
Las consideraciones para sta broca son: cortadores de back-up por si la estructura principal se afecta en el Conglomerado; cortadores de 19 mm y una buena rea de desalojo.
Brocas de 12 MXL-CS20DX1BENEFICIOS TCNICAS & CONSIDERACIONES
Hidrulica orientada a la estructura de corte de la broca optimizando la limpieza y mejorando la ROP. Proteccin adicional de diamante en las reas del calibre para trabajar en ambientes altamente abrasivos. Insertos de carburo de tungsteno colocados en las reas del shirtail.
52
Litologa a perforar Formacin a perforar: Tiyuyacu (Conglomerado Inferior), Tena. Litologa: Conglomerado, Arcillolita, Limolita. Se utiliza una broca Tricnica de insertos ya que el carburo de tungsteno es ms resistente a la abrasin. No se requiere control de parmetros debido a que el estrato a perforarse comprende aproximadamente 500 ft en TVD.
Brocas de 12 HC604SBENEFICIOS & CONSIDERACIONES TCNICAS Posee cortadores pulidos los cuales reducen las fuerzas de corte, mejorando la eliminacin de recortes. Caudal entre 850 900 GPM para lograr el mejor rendimiento de la broca. (HSI > 2)
Gran JSA 36.7 in2 (rea de desalojo), para asegurar una buena remocin de recortes.
54
Litologa a perforar Formacin a perforar: Tena. Litologa: Arenisca, Limolita, Arcillolita. Formacin que posee un alto porcentaje de arcillas plsticas y limolita por lo que se necesita una gran rea de desalojo y cortadores grandes (19 mm) para que la ROP sea lo ms alta posible.
Broca de 8 HCM506Z
BENEFICIOS & CONSIDERACIONES TCNICAS 6 boquillas intercambiables. Caudal entre 500 550 GPM. Diseo optimo en su estructura de corte, calibre y JSA para trabajar en ambientes formacionales variados.
56
Litologa a perforar Formacin a perforar: Tena, Napo, Holln. Litologa: Arenisca, Lutita, Caliza. En esta parte encontramos litologa que puede daar la broca tanto por impacto como por abrasin. Por ello se selecciona una broca ms slida con 6 aletas y cortadores de 16 mm con lo que se obtiene durabilidad en la broca para llegar al TD del pozo.
HIDRULICA BROCA 8 @ 10785
Varia el dimetro para optimizar HSI en funcin de la Mx. Presin de Bombas
INFORMACION FIJA
CAPTULO 5
COMPARACIN ENTRE EL PROGRAMA RECOMENDADO Y LA OPERACIN EJECUTADA EN EL POZO
Comparacin Programado Vs. RealPERFIL DIRECCIONAL
Surveys del Pozo XDProfundidad MD (pies) Azimuth (deg) Inclinacin (deg)
Dimetro (pulg)26 16 16 12 12 12 8
Programado 300 500 5757 7762 8363 9308 10784
Real 319 500 5716 7911 8373 9116 10840
Programado 248,382 248,382 248,382 248,382 248,382 248,382 248,382
Real 0 0 249.58 249.38 247.03 249 242.2
Programado 0 0 28 28 28 28 7
Real 0
28.82 29.18 25.42 32 5.9
PARMETROS OPERACIONALES
ROP ( pies/hr) Dimetro (pulg) 26 16 16 12 12 12 8
RPM
WOB (klb)
Programado 20 40 105.1 47.7 24 47.3 52.7
Real 28.73 62.85 62.55 27.69 23.69 32.78 31.62
Programado 50-80 50-80 60-80 40-70 50-60 60-80 50-60
Real 70 100 70 60 60 60 90
Programado 2-8 5-15 10-25 5-25 15-30 10-20 10-20
Real 2-14 8-18 6-26 10-40 15-48 8-20 2-20
Anlisis del Rendimiento de cada BrocaBroca # 1Tricnica GTX-CG1, Seccin de 26 Dientes de Acero
Se perfor intervalo de 319 desde superficie (Clg. Superficial)Poco WOB Verticalidad y Tendencia a Embolamiento.
Broca # 2 Tricnica GTX-C1, Seccin de 16 Dientes de Acero Parmetros a medida que avanza perforacin (500). 62,85 ft/hrs.
Total perforado 181 en 2.88 hrs.
Broca # 3 PDC HCD605, Seccin de 16
Perfor rotando 2874 en 18,46 hrs. ROP 155.63 ft/hrDeslizando 623 en 6.15 hrs. Al llegar a 40 hrs. Ampliar TFA,
Total 3497 en 34.62 hrs.Broca# 3R PDC HCD605, Seccin de 16 TFA = 1.2.
142.06 ft/hr
Profundidad de asentamiento CS 5716 (88) dentro Orteguaza. Total perforado 1719 a 62.55 ft/hr
Broca # 4
PDC HCD605X Seccin de 12 Perfor con sarta direccional 2195 en 79.27 hrs. ROP 27.69 ft/hr Rotados 2043 en 67.83hrs. Deslizados 152 en 11.43 Dentro Orteguaza y Tiyuyacu (clg superior y parte cgl basal) Llegado a 7911 se tiene que cambiar broca. Broca # 5 Tricnica MXL-CS20DX1 Seccin de 12 IADC 517 Para Cgl. Masivo chert broca tricnica con inserto de tungsteno. Total perforado 462 en 19.28 hrs (780 gpm 60 rpm WOB 8-48 klb)
A 8373 se cambia broca.
Broca # 6 PDC HC604S Seccin de 12 Broca de 4 aletas y cortadores de 19mm. Perfor 330 en 12.05 hrs. ROP 27.39 ft/hr. En Tena con parmetros menores por razones de TORQUE Y PRESIN. Comportamiento BHA no es el esperado Broca estaba en buen estado Broca # 6R PDC HC604S Seccin de 12 Perfor 413 en 12.60 hr En Tena con parmetros debido a Presin Volver a bajarla
ROP de 32.78 ft/hrs. A 9116 se decide que el TD sea a estaprofundidad.
Broca # 7 PDC HCM506Z Seccin de 8 1/2
Perfor 1724 en 31.62 hrs. ROP 31.62ft/hr. Dentro de Tena, Napo, Holln. (calizas, arenas, lutitas de Napo). A 10840 TD final (variacin 55)
CAPTULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones1) El Perfil direccional y la informacin de pozos vecinos como: litologa, parmetros operacionales, registros geofsicos, entre otros; es de vital importancia para disear el programa de brocas ms ptimo. 2) El conglomerado superficial (zona de cantos rodados) se debe perforar triturndolo, mediante el uso de brocas tricnicas de dientes de acero.
3) Para evitar el hinchamiento rpido de las formaciones arcillosas, es de vital importancia obtener la mxima tasa de penetracin posible (ROP).4) La seleccin del tipo de broca se facilita conociendo la litologa a perforar y caractersticas, tales como dureza, abrasin y composicin permitirn establecer la estructura de corte ms adecuada.
5) La capacidad mxima de las bombas del taladro limita la optimizacin de la hidrulica de las brocas; ya que no siempre se puede perforar con el caudal que generar el HSI ms adecuado. 6) El peso del lodo es directamente proporcional al HSI y SPP. 7) Un alto torque indica dao en la estructura de corte o que la inclinacin del pozo est cambiando; o el BHA podra estar generando dicho torque. 8) Para una ptima ROP se debe aplicar peso sobre la broca antes que aumentar la velocidad rotaria. 9) Al existir un alto porcentaje de conglomerado chertoso en el estrato Inferior de Tiyuyacu y si su espesor es mayor a 300 ft, la mejor forma de atravesarlo es usando una broca tricnica de insertos de carburo de tungsteno.
RecomendacionesRPM Lutitas Suaves y Limpias Calizas Duras Aumentar Disminuir WOB Disminuir ROP Mejorar
Incrementar No son altas
Permite que cortadores cizallen de mejor manera la formacin. Areniscas Duras Disminuir Aumentar Maximizar
Se reduce el desgaste de los cortadores por abrasin.
1) 2 < HSI < 4 Mejor limpieza del fondo del hueco, Maximizar ROP. Si HSI > 4 Fractura rpida de la roca (lutitas). Si HSI < 2 embolamiento de la broca (arcillas)
2. Informacin disponible de pozos vecinos permitir disear una prognosis geolgica promedio de las zonas a perforar, y luego planificar el programa de brocas ms adecuado. 3. Debido a su comprobada resistencia y eficiencia para la perforacin del Conglomerado de Tiyuyacu se aconseja mantener el uso de una broca de insertos. 4. Realizar siempre la perforacin de la seccin Superficial con broca Tricnica de dientes hasta atravesar la zona de Boulders. El uso de brocas PDC causa rotura y astillamiento de los cortadores por impacto. 5. En caso de existir elevadas cadas de presin en los componentes del BHA se recomienda cambiar el motor de fondo por un Sistema de Navegacin Rotaria.
BibliografaARCHIVOS DIGITALES Barrenas e Hidrulica de Perforacin, PDF, Pag. 30 41, 80. Diseo de la Perforacin Pozos, PDF, Pag. 90 97. Fluidos de Perforacin e Hidrulica, PDF, Pag. 2 10, 25 29. Hidrulica de Perforacin, PDF, Pag. 1 14. Reologa e Hidrulica, PDF, Capitulo 5. LIBROS BAKER HUGHES, Drill Bit Foundation, Captulo 2 - 3, Pag. 5 132. STEVE TAYLOR, Procedimiento para correr brocas de perforacin Reed Hycalog.
GRACIAS
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