La lección de Fundamentos de Perforación consta de los siguientes temas:

• Objetivos de aprendizaje
• Temas de lección
• Perforación: Dónde, Qué y Cómo
• Geología
• Rocas
• Placas Tectónicas
• Reservorios
• Formaciones
• Tensiones
• Ambientes hostiles
• Profundidad Vertical Total (TVD)
• Pozos horizontales
• Pozos desviados
• Perforación direccional
• Pozos Multilaterales
• Importancia de Servicios para Yacimientos petrolíferos
• Perforación por contrato
• Contratistas de Perforación en tierra
• Contratistas de perforación en alta mar

Es útil dividir los temas de perforación y producción en cuatro temas básicos en torno a los factores clave que impulsan las operaciones complejidad, que incluye:

• Tipo de hidrocarburo, ya sea petróleo o gas,
• Tipo de depósito, ya sea convencional o no convencional,
• Ubicación, ya sea en tierra o en alta mar, en entornos climáticos remotos o severos, y
• Finalmente, el equipo. Para la perforación, esto incluye el tipo de equipo de perforación y equipo subterráneo.

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Perforación: Dónde, Qué y Cómo

El proceso real de perforación de un pozo es lo mismo que usar un taladro eléctrico para realizar una tarea de taller.

• Antes de perforar, se realizan mediciones para mostrar dónde perforar.
• El material, el tamaño del orificio y la profundidad a perforar determinarán el tipo adecuado de broca
• También determinará qué tan grande debe ser el motor de perforación para impulsar la broca en un movimiento giratorio.

El concepto del proceso de perforación en general es relativamente simple. Hay un reservorio potencial ubicado en lo profundo de la superficie de la tierra. Para obtener acceso y extraer petróleo o gas, se debe perforar un agujero a través de las diversas rocas, materiales y capas para llegar a él.

En la perforación de petróleo y gas, el «cómo» perforar el pozo es el tema de este módulo y, a menudo, es el último elemento a considerar. En primer lugar, el equipo debe definir:

• Dónde perforar, basado en el trabajo de exploración y evaluación, la geología y la estructura potencial del subsuelo
• Qué, determinado por el depósito y los estratos que establecen el perfil del pozo, tanto la profundidad como el tamaño del agujero

:

• La plataforma de perforación óptima
• Un diseño y construcción detallados de pozos
• Planificación de contingencia y seguridad operativa necesaria
• Los puntos de decisión importantes de «ir» y «no ir» en la operación

Geología

La geología es el estudio de la materia sólida que constituye la tierra. Esto implica todas las formaciones subterráneas:

• el suelo y las rocas
• las diferentes capas de la corteza terrestre
• el núcleo

Los geólogos desempeñan un papel importante en las operaciones de perforación. Sus estudios de exploración determinan dónde se puede encontrar petróleo y gas y qué tipo de pozo se utiliza mejor para alcanzarlo.

En los primeros días de la perforación, perforar agujeros en la tierra con la esperanza de golpear a lo grande era básicamente un prospecto de éxito y error.

Hoy en día, la tecnología ha recorrido un largo camino para determinar dónde perforar, qué profundidad perforar y qué tipo de equipo se necesitará para extraer el petróleo y el gas, lo que lleva a éxitos globales en pozos de exploración en el rango del 60-70%.

Rocas

El proceso de perforación de pozos debe atravesar varios tipos de rocas en la tierra. Las rocas están compuestas de materia mineral u orgánica, y se encuentran en capas o estratos subterráneos en todo el mundo.

Las rocas pueden contener un solo mineral, como sal de roca y ciertas calizas, o muchos minerales, como el granito (cuarzo, feldespato, mica y otros minerales).

La perforación se encuentra con tres tipos básicos de roca, cada uno con una característica diferente que requiere una broca, velocidad de perforación y presión de broca diferentes para perforarse de la manera más eficiente y segura. Son:

• Roca ígnea: Este tipo de roca es muy dura (como el granito), y una vez fue roca fundida que se enfrió y solidificó.
• Roca sedimentaria: Este tipo de roca se encuentra en fragmentos más pequeños y es transportada por el viento o el agua hasta que se asienta. Este tipo de roca es algo más fácil de perforar. Ejemplos de ello son la piedra arenisca y la piedra caliza.
• Roca metamórfica: Es el resultado de una roca existente sometida a una presión y temperatura extremas, transformándola así en roca metamórfica. Ejemplos de este tipo de roca son la pizarra y el mármol.

Las rocas más comunes (sedimentarias) primero se asientan en capas horizontales llamadas estratos.A menudo se deforman por los movimientos de la corteza terrestre.

Placas tectónicas

Los movimientos más grandes que afectan a los estratos rocosos están relacionados con la deriva continental, llamada tectónica de placas.

La capa exterior de la corteza terrestre está formada por siete placas tectónicas que flotan en la parte superior del núcleo fundido de la tierra. Estas placas cambian de posición constantemente, lo que se conoce como Deriva continental.

Las placas tectónicas móviles tienen tres tipos de límites: fronteras convergentes o de colisión, fronteras divergentes o en expansión, y fronteras transformadoras. Los terremotos, la actividad volcánica, la construcción de montañas y la formación de fosas oceánicas ocurren a lo largo de los límites de las placas tectónicas.

Las placas tectónicas y su movimiento pueden afectar en gran medida el proceso de perforación si un pozo se encuentra cerca de los límites de colisión de la placa, por ejemplo, los miles de pozos en California, muchos cerca de la falla de San Andrés.

Las placas de desplazamiento pueden alterar rápidamente la composición de los estratos subterráneos, causando daños en el equipo de perforación y lecturas defectuosas del depósito.

Reservorios

Los reservorios vienen en varias formas y tamaños. Los depósitos convencionales más comunes en los primeros días de la industy eran las areniscas.

Hoy en día, los depósitos de carbonato contienen más del 60% del petróleo restante del mundo. Las formaciones de carbonatos son complejas, heterogéneas, con vías de flujo irregulares y trampas de circulación.

La mayoría de las empresas de servicios de yacimientos petrolíferos se centran en el desarrollo de tecnologías de vanguardia para explotar eficientemente entornos complejos de yacimientos.

Formaciones

«Formaciones» es un término generalizado para la roca que rodea un depósito que debe perforarse para llegar a la zona de pago final.

Evaluación de formación, se refiere al volumen de roca analizado por mediciones realizadas en el pozo, generalmente un registro de pozo o una prueba de pozo. La evaluación de la formación ayuda a estimar el potencial de producción del pozo y a elegir un método de terminación del pozo.

La evaluación de la formación es realizada por el geólogo. Al recopilar datos de presión y muestras de fluidos de una formación, los geólogos e Ingenieros químicos también pueden determinar la mejor fórmula química para los fluidos de perforación necesarios para controlar la presión del pozo y conducir los esquejes a la superficie.

Tensiones

Las rocas enterradas profundamente en la tierra no son estáticas, sino que están sujetas a condiciones siempre cambiantes. Las capas de roca ejercen una tremenda presión vertical sobre el pozo y la broca. Las rocas laterales ejercen fuerzas horizontales sobre el pozo.

La roca de la tapa de la superficie final es a menudo más compacta y significativamente más difícil de perforar. Es importante entender estas tensiones cuando se trata de determinar la mejor manera de perforar a una zona de pago.

Ambientes hostiles

Los pozos de hoy superan los 6.000 m (20.000 pies) de profundidad. A estas profundidades de pozo, las temperaturas en la broca pueden exceder los 450 grados F y las presiones pueden exceder los 15,000 psi. La presencia de gases ácidos (H2S, CO2) y cloruros hacen de la perforación un desafío técnico.

Es importante saber si existen condiciones de pozo hostiles durante la perforación para que se puedan seleccionar los componentes adecuados del fondo del pozo.

También se deben establecer medidas de seguridad para proteger al personal de la plataforma de perforación.

Profundidad de dos vértices (TVD)

Dos dimensiones clave son importantes en el diseño de pozos:

• El extremo planificado del pozo, medido por la longitud de la tubería de perforación necesaria para alcanzar la zona de pago, se denomina profundidad medida (MD).
• La profundidad vertical total (TVD) es independiente de las desviaciones y la ruta utilizada para llegar a la zona de pago.

Todos los sistemas y equipos de plataforma deben diseñarse y configurarse para adaptarse a la profundidad medida (MD). En primer lugar, se debe seleccionar el equipo adecuado. El factor clave en la selección de la plataforma de conducción es su capacidad para girar la sarta de perforación, medida en potencia de caballo.

TVD es importante porque le da al ingeniero de perforación una idea de las presiones y temperaturas que afectarán la sarta de perforación y la broca.

Pozos horizontales

A pesar del hecho de que la mayoría de los yacimientos de petróleo y gas son más anchos de lo que son gruesos, durante más de un siglo, la perforación vertical siguió siendo el método preferido. Un pozo horizontal es más costoso, pero es capaz de alcanzar objetivos subterráneos que no se podrían alcanzar fácilmente con un pozo vertical.

Debido a que los pozos horizontales pueden drenar un área más grande, se necesitan menos, lo que significa menos infraestructura de superficie. Esta huella reducida hace que la perforación horizontal sea ideal para depósitos poco profundos, dispersos, fracturados o en entornos sensibles.

Estos factores, y los avances tecnológicos que han hecho que los pozos horizontales sean comercialmente viables, han llevado a un aumento de 20 veces en el número de pozos horizontales en los Estados Unidos en las últimas dos décadas.

Con un pozo vertical, el papel de un geólogo es principalmente evaluar «lo que se ha perforado».»Con los pozos horizontales, los geólogos ahora se convierten en parte de la operación de perforación, participan activamente en dirigir el pozo a lo largo de un perfil deseado y responden a los datos de retroalimentación a medida que se realiza la perforación.

Pozos desviados

La desviación es el ángulo en el que un pozo diverge de la posición vertical de 90°.

La mayoría de las desviaciones ocurren naturalmente debido a la flexibilidad de la sarta de perforación y la reacción a las estructuras del fondo del pozo, como las inmersiones en los lechos rocosos que se perforan.

Un pozo puede desviarse deliberadamente para pasar por alto obstáculos de alto riesgo o para llegar a reservorios adicionales. Los pozos también se desvían para evitar áreas subterráneas que pueden contener altas concentraciones de gas tóxico.

Hoy en día, los pozos comúnmente se giran hacia una dirección horizontal para:

• aumentar la exposición a las zonas productoras
• intersectar un mayor número de fracturas
• seguir una estructura compleja

Los pozos a menudo se desvían por el uso de un mecanismo de dirección unido a la sarta de perforación.

Perforación direccional

La perforación direccional es la desviación intencional de un pozo del camino que tomaría naturalmente.

Esto se logra mediante el uso de equipos de perforación especializados, como latiguillos, motores de lodo y configuraciones de ensamblaje de pozo inferior (BHA).

Los instrumentos de fondo de pozo miden continuamente la trayectoria del pozo en tres dimensiones. Los enlaces de datos a la superficie comunican estas mediciones para permitir un ajuste constante de los motores de lodo y los componentes de BHA.

La perforadora direccional también puede alterar otros parámetros de perforación, como el peso de la broca y la velocidad de la mesa giratoria, para dirigir la broca a la ruta direccional deseada.

Pozos multilaterales

Una disminución en la huella también proviene de múltiples pozos horizontales perforados desde la misma almohadilla. El método más común es donde un perforador mueve la plataforma unos pocos metros y comienza otro eje vertical.

También es posible perforar múltiples pozos desde el mismo pozo vertical. En esta técnica, llamada perforación multilateral, se pueden perforar dos o tres pozos horizontales, cada uno de unos pocos cientos a unos pocos miles de pies de largo, desde el mismo tallo principal, como las ramas de un árbol o un candelabro. Esta técnica es especialmente común en alta mar o en lugares en tierra sensibles al medio ambiente.

La perforación multilateral crea una red de drenaje altamente productiva en embalses con muchas bolsas aisladas de petróleo o gas.

Los avances en la tecnología multilateral de perforación y terminación prometen reducir los costos de los pozos, una mayor flexibilidad y un mayor potencial de ganancias para el operador.

El proyecto conjunto de la industria TAML (Technical Advancement of Multilaterals) se formó en 1997 para educar a la industria sobre las ventajas de los pozos multilaterales.

Las multinacionales han demostrado tener éxito en diversas aplicaciones de producción de perforación, pero los miembros de TAML sienten que la industria todavía no reconoce todo el potencial de la tecnología.

Algunos estiman que el 10% de los 60.000 a 70.000 pozos de petróleo y gas que se perforan anualmente en todo el mundo son candidatos multilaterales, mientras que TAML sitúa el porcentaje en un 75%.

Servicios de yacimientos petrolíferos

Como indica el gráfico de la Asociación Independiente de Petróleo de América (IPAA) para un pozo típico de Estados Unidos perforado en 2003-2004:

• Las plataformas de perforación representan aproximadamente el 30% del costo del pozo
• Los OCTG de acero de alta calidad (Artículos tubulares para campos petrolíferos) son otro factor de costo importante, a aproximadamente el 14% del costo del pozo. Son proporcionados por fabricantes mundiales de acero.
• Como grupo, los servicios técnicos que incluyen cementación, lodo de perforación, tratamiento de formación y pruebas de pozos representan otro 19% del costo del pozo.
• La categoría miscelánea más grande restante (con un 20% del costo del pozo) incluye tiovivos, equipos, inspección de tuberías, materiales y suministros para la plataforma, tripulaciones de tripulaciones, etc.

Tenga en cuenta que estos porcentajes son solo direccionales. El costo del pozo, especialmente el precio por pie, varía con el área y las estructuras de los embalses, etc. La perforación direccional y los múltiples tratamientos de fracturación aumentan el costo en muchos lugares. Considerado un costo fijo, el costo de la plataforma es un porcentaje más alto en un pozo poco profundo.

Recientemente, los costos de todos los bienes y servicios han aumentado debido a la escasez de suministros.

Perforación por contrato

Hoy en día, la mayor parte de la flota global de plataformas de perforación es propiedad de empresas de perforación por contrato.

Normalmente, se celebra un contrato a término entre el operador E&P y el perforador de contrato. Los servicios de perforación proporcionados a los operadores de E&P incluyen personal experimentado y equipo especializado.

Los contratos de perforación pueden ser una mezcla de tipos, dependiendo de:

• el general E & ciclo comercial de gastos de P
• el tipo de mercado para la plataforma, es decir, ubicación en EE. disponibilidad de plataformas en alta mar
• debido a nuevas construcciones y a las que están actualmente bajo contrato

Contratistas de perforación en tierra

La plataforma de perforación, proporcionada por un contratista, es el costo individual más grande de perforar un pozo. Según los ingresos, los contratistas de plataformas de perforación son el segmento más grande de la industria de Servicios de Yacimientos petrolíferos.

Todos los pozos en tierra se perforan desde la superficie utilizando una plataforma terrestre. Las plataformas terrestres también pueden ser navajas y plataformas para helicópteros, que se pueden descomponer en piezas lo suficientemente pequeñas como para ser transportadas a una ubicación remota en tierra por camión o helicóptero. La industria de plataformas terrestres tiende a ser una industria localizada, porque el costo de mover las plataformas a nivel regional o internacional puede ser alto.

Los altos precios del petróleo hacen que sea rentable explorar y reconstruir campos antiguos, generando actividad para plataformas de reacondicionamiento livianas y sistemas de perforación de tubos en espiral (CTD).

En los Estados Unidos, la nueva carrera hacia la perforación de obras de gas de esquisto profundo requerirá plataformas de mayor potencia (1,500 hp y más). Estos pozos son una de las opciones de mayor costo en un plan de operador E&P. Si los precios del gas natural bajan, la perforación de estos pozos podría reducirse.

Contratistas de perforación en alta mar

Las plataformas en alta mar son enormes plataformas semisumergibles autopropulsadas y buques de perforación diseñados para trabajar en miles de pies de agua.

El mercado de servicios de perforación de petróleo y gas en alta mar continúa expandiéndose y las nuevas construcciones aumentan las flotas.

A mediados de 2008, más del 90% de las unidades móviles de perforación mar adentro del mundo estaban bajo contrato, de acuerdo con el diario de Gas Oil &.

Además de los pozos de exploración, los operadores han comprometido grandes cantidades de capital para perforar y desarrollar grandes proyectos en todo el mundo. Algunos analistas dicen que estos nuevos proyectos seguirán adelante con los precios del petróleo crudo en el rango de 5 50-60.

Los contratos de plataformas de perforación en alta mar se están alargando a casi 2 años, en respuesta a:

• creciente demanda
• disponibilidad reducida de plataformas
• largos plazos de entrega para nuevas construcciones debido a cuellos de botella en la fabricación y el equipo