proyecto de grado "control de perdidas de circulación en operaciones de perforación"

8/11/2019 proyecto de grado "Control de Perdidas de Circulación en Operaciones de Perforación"

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UNIVERSIDAD MAYOR, REAL Y PONTIFICIA DE

SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

INGENIERIA DE PETROLEO Y GAS NATURAL

PROYECTO DE GRADO

“CONTROL DE PÉRDIDAS DE CIRCULACIÓN EN OPERACIONES

DE PERFORACIÓN”

Proyecto de Grado para Optar el Título de Licenciado en

INGENIERÍA DE PETRÓLEO Y GAS NATURAL

POSTULANTE: Univ. Saavedra Arancibia Nicómedes

Sucre-Bolivia

2013




RESUMEN

EL objetivo del proyecto de grado es controlar las pérdidas de circulación del lodo por

fracturación e invasión hacia las formaciones, y de esta forma disminuir los costos del lodo

de perforación y los tiempos no productivos. Existen muchos métodos de prevención ycontrol de perdidas los cuales se clasifican en tres grupos que son: Métodos que usan

materiales LCM, Métodos que usan Tapones de cemento y método MPD. El método que

se aplicara es el uso de materiales LCM para las formaciones Tarija, Tupambi y Los

Monos, el cual consiste en bombear un bache viscoso de material puenteante (carbonato de

calcio) de un determinado tamaño de granulometría ,en el fondo del pozo para controlar las

perdidas del lodo. Este proyecto se aplicara al pozo Sal-16,el cual está ubicado en el campo

San Alberto, operado por la empresa PETROBRAS BOLIVIA S.A. En este campo existióperdidas de circulación del lodo en la perforación de 9 pozos, esto representa una gran

ventaja ya que se tiene mucha información técnica y sobre todo mucha experiencia en lo

que respecta al método que usa materiales puenteantes.

Para la aplicación de control de pérdidas de circulación del pozo Sal-16 se toma como

pozo de referencia el Sal-14, el cual tuvo pérdidas de circulación en las formaciones ya

mencionadas por lo tanto se trabajara en base a la información petrofísica de este pozo.

Este proyecto abarca el estudio de 3 aspectos fundamentales: El cálculo de la ECD

óptima el cual está en función de la ventana de lodo a aplicarse en la perforación de los

diferentes tramos de tal forma que se evite la fracturación de las formaciones y por

consiguiente la perdida de circulación; El cálculo del tamaño optimo del material

puenteante a utilizarse el cual está en función de las distribuciones de gargantas porales de

las formaciones respectivas. Y finalmente El cálculo respectivo del bache viscoso a

bombearse, con la finalidad de realizar un buen control de las pérdidas de circulación.




INDICE

CAPITULO I CONTROL DE PÉRDIDAS DE CIRCULACIÓN EN

OPERACIONES DE PERFORACIÓN

PÁGINA

1.1 Introducción……………………………………………………………………………1

1.2 Antecedentes de pérdidas de circulación...………………………………………..1

1.2.1 A nivel de Latinoamérica……………………………………...................... 1

1.2.2 A nivel de Bolivia…………………………………………………………….. 2

1.3 Planteamiento del problema……………………………………………………… 31.3.1 Identificación del problema……………………………………………….. 3

1.4 Objetivos………………………………………………………………………….. 5

1.4.1 Objetivos generales……………………………………………………….. 5

1.4.2 Objetivos específicos……………………………………………………… 5

1.5 Justificación del proyecto………………………………………………………... 6

1.6 Alcance del proyecto……………………………………………………………… 6

1.7Metodología de la investigación del proyecto………………………………… 7

1.7.1 Investigación cuantitativa.……………………………………………….. 7

1.7.2 Investigación cualitativa………………………………………………..... 7

CAPITULO II MARCO TEÓRICO

2.1 Marco teórico contextual…………………………………………………………… 8

2.2 Definición de pérdida de circulación………………………………………........... 8

2.3 Causas de la pérdida de circulación…………………………………………….. 10

2.3.1 Invasión………………………………………………………………........... 10

2.3.2 Fracturación………………………………………………………………... 12

2.3.2.1 Fuerzas mecánicas…………………………………………….. 13

2.3.2.2 Condiciones del pozo………………………………………….. 13

2.3.2.3 Propiedades del lodo…………………………………………… 14

2.4 Clasificación de la severidad de la pérdida de circulación…………………… 14

2.4.1 Perdidas por filtración………………………………………………........... 14

2.4.2 Perdidas parciales……………………………………………………………14




2.4.3 Pérdidas severas o totales…………………………………………………. 14

2.5 Definición de fluido de perforación…………………………………………………14

2.5.1 Funciones básicas de los fluidos de perforación……………………….. 15

2.5.2 Fases de los fluidos de perforación……………………………………………… 16

2.5.2.1 Fase líquida……………………………………………………………. 16

2.5.2.2 Fase sólida reactiva………………………………………………..... 16

2.5.2.3 Fase sólida inerte…………………………………………………….. 16

2.5.2.4 Fase química………………………………………………………… 17

2.5.3 Tipos de fluidos de perforación………………………………………….. 17

2.5.3.1 Fluidos base agua…………………………………………………… 17

2.5.3.2 Fluidos base aceite………………………………………………….. 17

2.5.3.3 Fluidos base gas o aireados………………………………………….18

2.5.4 Reología……………………………………………………………………………. 18

2.5.4.1 Propiedades Reológicas de los fluidos…………………………………. 18

2.5.4.1.1 Velocidad de corte y esfuerzo de corte………………… 18

2.5.4.1.2 Viscosidad…………………………………………………….. 19

2.5.4.1.3 Viscosidad efectiva………………………………………. 19

2.5.4.1.4 Viscosidad plástica…………………………………………. 19

2.5.4.1.5 Punto cedente………………………………………………. 20

2.5.4.1.6 Fuerza gel…………………………………………………….. 20

2.5.4.1.7 Densidad equivalente de circulación……………………… 21

2.5.5 Factores que contribuyen a la pérdida de circulación………………… 21

2.5.5.1 Gradiente de presión……………………………………………….. 21

2.5.5.2 Presión hidrostática………………………………………………….. 23

2.5.5.3 Presión de formación……………………………………………….. 23

2.5.5.4 Presión de fractura………………………………………………….. 25

CAPITULO III MÉTODOS DE PREVENCIÓN Y CONTROL DE PÉRDIDAS DE

CIRCULACIÓN

3.1 Medidas preventivas antes que ocurra la pérdida de lodo……………………. 26

3.1.1 Colocar la tubería de revestimiento en la zona apropiada…………… 26

3.1.2 Minimizar las presiones de fondo……………………………………….. 26

3.1.3 Controlar las propiedades del lodo dentro de los rangos

apropiados…………………………………………………………………… 27




3.2 Métodos para la localización de zona de pérdida de circulación del

fluido…………………………………………………………………………………. 29

3.2.1 Método del rotor……………………………………………………………. 29

3.2.2 Método del trazador radioactivo…………………………………………. 29

3.2.3 Método del transductor para medir presiones………………………. 30

3.3 Métodos para controlar de las pérdidas de circulación……………………..... 30

3.3.1 Método de sacar la tubería y esperar……………………………………. 30

3.3.2 Método de los agentes obturantes o puenteantes…………………….. 31

3.3.2.1 Regla del puenteo de Vickers……………………………………… 33

3.3.3 Método de inyección de presión de lechada de alta pérdida de

filtrado……………………………………………………………………….. 34

3.3.3.1 Pérdida por infiltración………………………………………………. 35

3.3.3.2 Pérdida parcial………………………………………………………… 36

3.3.3.3 Pérdida total………………………………………………………….. 36

3.3.4 método de la perforación Managed Pressure Drilling (MPD) y bajo

balanceada (UBD)……………………………………………………………37

3.3.4.1 La técnica Managed Pressure Drilling para las formaciones

productoras en el campo San Alberto……………………………… 38

3.3.4.2 Requerimientos de equipo superficial para MPD y UBD…………. 39

3.3.4.2.1 Equipo de generación de N2………………………….. 39

3.3.4.2.2 Sistema de desviación rotativa (cabeza

rotativa)…………………………………………………. 42

3.3.4.2.3 válvula de seguridad de superficie (válvula

ESD)……………………………………………………… 44

3.3.4.2.4 múltiple de estrangulación (Choke Manifold

UBD)……………………………………………………… 45

3.3.4.2.5 Sistema de separación………………………………….. 46

CAPITULO IV MATERIALES Y EQUIPOS DE CONTROL DE PÉRDIDA DE

CIRCULACIÓN

4.1 Materiales de pérdida de circulación (LCM)…………………………………….. 47

4.1.1 Materiales fibrosos………………………………………………………….. 47

4.1.2 Materiales granulares………………………………………………………..49

4.1.3 Materiales escamas………………………………………………………….52




4.1.4 Materiales de mezclas……………………………………………………….53

4.2 Equipos involucrados en el control de pérdidas del lodo……………………… 54

4.2.1 Tanques o contenedores de lodo………………………………………… 54

4.2.2 Bomba de lodo Triplex Gardner Denver pz11………………………….. 55

CAPITULO V APLICACIÓN PRÁCTICA

CONTROL DE PÉRDIDAS DE CIRCULACIÓN APLICADO AL POZO SAL-16

5.1 Antecedentes del pozo……………………………………………………………. 58

5.1.1 Antecedentes de las Formaciones…………………………………………. 59

5.2 Estratigráfica ……………………………………………………………………… 61

5.3 Datos básicos del pozo sal-16…………………………………………………… 62

5.4 Cálculo de la densidad equivalente de circulación (ECD)…………………… 63

5.4.1 Cálculo rango de densidad de lodo (ventana del lodo)……………… 63

5.4.2 Calculo hidráulico………………………………………………………….. 67

5.5 Calculo del tamaño óptimo del material puenteante………………………….. 78

5.6 Calculo del volumen de bache a bombearse…………………………………… 80

CAPITULO VI EVALUACIÓN ECONÓMICA

6.1 Introducción…………………………………………………………………………. 87

6.2 Estimación de costos………………………………………………………………. 87

6.2.1 Caso 1 (Fiber Seal)……………………………………………………………. 87

6.2.2 Caso 2 (mica)………………………………………………………………….. 89

6.2.3 Caso 3 (carbonato de calcio)…………………………………………………. 91

6.2.4 Caso 4 (control de perdida mediante la técnica MPD)……………………. 93

6.3 Resumen de resultados…………………………………………………………. 93

CAPITULO VII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1 Conclusiones………………………………………………………………………. 95

7.2 Recomendaciones…………………………………………………………………. 96

REFERENCIAS..……………………………………………………………………….. 97

ANEXOS………………………………………………………………………………… 98

ANEXO A. descripción del campo San Alberto………………………………………... 99

ANEXO B. Tablas y cuadros de cálculos de la aplicación práctica….................... 104




LISTA DE FIGURAS Y GRAFICAS

PAGINA

Figura 2.1-Secciones de pérdida de circulación……………………………………... 9

Figura 2.2- Arena agotada…………………………………………………………….. 11

Figura 2.3 -Ciclo de perforación causando fracturación y el restablecimiento

(según clark.)……………………………………………………………........................ 12

Figura 2.4 - Presión de formación vs. Presión hidrostática………………………… 24

Figura3.1-Efecto del esfuerzo de gel sobre el aumento brusco de la

presión……………………………………………………………………………………… 28

Figura 3.2- Sello de la fractura en la cara del pozo……………………………………32

Figura 3.3- Sello de la fractura dentro de la formación……………………………….. 32

Figura3.4–Pequeños materiales de pérdida de circulación no forman un

puente……………………………………………………………………………………… 32

Figura 3.5 – Puente formado por las partículas grandes y sello final formado

más pequeñas…………………………………………………………………………….. 32

Figura 3.6 -Esquema del proceso de puenteo………………………………………… 33

Figura 3.7 - Pérdida de fluido mediante la filtración………………………………….. 35

Figura 3.8 - Compresor de aire Quincy. (Wubs, 2006)……………………………….. 39

Figura 3.9 - Sistema de generación de nitrógeno (wubs, 2006)…………………….. 40

Figura 3.10 - Unidad productora de nitrógeno por membrana……………………… 41

Figura 3.11 - Elevador de presión- booster…………………………………………… 41

Figura 3.12- Shaffer pcwd - sistema de desviación rotativa activa………………….. 42

Figura 3.13 - Sistema de desviación rotativa pasiva RCD 5000…………………… 43

Figura 3.14 - Válvula ESD……………………………………………………………….. 44

Figura 3.15-Choke manifold para operaciones UBD…………………………………. 45

Figura 3.16 -Sistema de separación de fases…………………………………………..46

Figura 4.1- Carbonato de calcio fino…………………………………………………… 50

Figura 4.2- Caliza sin moler……………………………………………………………… 50

Figura 4.3- Muestras de carbonato de calcio……………………………………………51Figura 4.4- Escamas de Mica…………………………………………………………… 52




Figura 4.5- Distribución de los tanques de lodo………………………………………. 55

Figura 4.6- bomba de lodo Triplex Gardner Denver pz11………………………….. 56

Figura 4.7 - Bombas de lodo Triplex Gardner Denver pz11………………………… 57

Figura 5.2-Secuencia estratigráfica sal-16……………………………………………. 61

Figura 5.3- Estado sub superficial pozo sal-16………………………………………. 62

Figura 5.1-Corte estructural del pozo sal-16………………………………………….. 60

Figura 5.14g - Esquema del puenteo ………………………………………………….. 78

Figura 4 - Corte estructural de pozo sal-14……………………………….…………… 103

Grafica 5.4a- Ventana de lodo…………………………………………………………… 65

Grafica 5.10 –Sensibilidad de densidad Intervalo 1………………………………… 72

Grafica 5.14-ECD óptima para el tramo 0-80 m………………………………………..74

Grafica 5.14a -ECD óptima para el tramo 80-1436 m………………………………… 75

Grafica 5.14b -ECD óptima para el tramo 1436-1750 m……………………………… 75

Grafica 5.14c -ECD óptima para el tramo 1750-2850 m………………………………76

Grafica 5.14d -ECD óptima para el tramo 2850-4450 m……………………………… 76

Grafica 5.14e -ECD óptima para el tramo 2850-4450 m……………………………… 77

Grafica 5.14g –Esquema del puenteo…………………………………………………. 78

Grafica-5.16-Distribucion de tamaños de garganta de poro…………………………. 79

Grafica-5.21- Distribución de tamaños de garganta de poro…...……………………. 83

Grafica-5.26- Distribución de tamaños de garganta de poro………………………... 85

Grafica 1- Gradiente de sobre carga Eaton……………………………………………. 105

Grafica 3 Sensibilidad de lodo tramo 0-80 m…………………………………………. 107

Grafica 3 Sensibilidad de lodo tramo 0-80 m…………………………………………. 108

LISTA DE TABLAS Y CUADROS

PAGINA

Cuadro 5.3a – Gradiente de formación………………………………………………… 63

Cuadro 5.4-Resumen de resultados………………………………………..………… 64

Cuadro 5.5-Propiedades del lodo………………………………………………………. 65

Cuadro 5.6- Arreglo de fondo BHA…………………….………………………………. 66

Cuadro 5.7-Herramientas agrupadas por su igualdad en diámetros……………… 67

Cuadro 5.8-Densidad mínima, máxima y promedio…………………………………. 67

Cuadro 5.9 - Resultados ………………………………………………………………. 71

Cuadro 5.11-Cálculo de la presión de caída anular para un determinado caudal…. 72Cuadro 5.12-Cálculo de la caída de presión para los intervalos…………………… 73




Cuadro 5.13-Cálculo de la ECD para todo el tramo 36”………………………………. 73

Cuadro 5.14f - Resumen de resultados…………………………………………………. 77

Cuadro 5.15- Resultados de las pruebas de distribución de tamaño de garganta

de poro……………………………………………………………………………………… 79

Cuadro 5.17-Lectura a diferentes percentiles………………………………………… 80

Cuadro 5.18 –Cálculos de diferentes gargantas………………………………………..80

Cuadro 5.19-Condiciones de Vickers…………………………………………………….80


de poro……………………………………………………………………………………… 82

Cuadro 5.22- Lectura a diferentes percentiles………………………………………… 83

Cuadro 5.23 - Cálculos de diferentes gargantas………………………………………. 83

Cuadro 5.24-Condiciones de Vickers…………………………………………………… 84

Cuadro 5.24a-Resultados……………………………………………………………….. 84


de poro……………………………………………………………………………………… 84

Cuadro 5.27- Lectura a diferentes percentiles…………………………………………. 85

Cuadro 5.28- Cálculos de diferentes gargantas…………………………………........ 85

Cuadro 5.29- Condiciones de vickers………………………………………………….. 86Cuadro 5.30 –Resultados………………………………………………………………… 86

Cuadro 5.31-Resumen de resultados ……………………………………….………… 86

Cuadro 6.1-Aditivos para la fase 36”…………………………………………………… 87

Cuadro 6.2-Aditivos para la fase 24”……………………………………………………. 87

Cuadro 6.3-Aditivos para la fase 18 1/2”……………………………………………….. 88

Cuadro 6.4-Aditivos para la fase 17 1/2”……………………………………………….. 88

Cuadro 6.5-Aditivos para la fase 12 1/4”………………………………………………. 88

Cuadro 6.6-Resumen de costos de materiales obturantes…………………………. 89

Cuadro 6.7-Costo Total y por metro de perforación………………………………… 89



Cuadro 6.10-Aditivos para la fase 18 1/2”……………………………………………… 90


Cuadro 6.12-Aditivos para la fase 12 1/4”…………………………………………….. 90

Cuadro 6.13-Resumen de costos de materiales obturantes………………………….91





Cuadro 6.15-Aditivos para la fase 36”……………………………………………………91

Cuadro 6.16-Aditivos para la fase 24”……………………………………………………91



Cuadro 6.19-Aditivos para la fase 12 1/4”…………………………………………….. 92

Cuadro 6.20-Resumen de costos de materiales obturantes………………………….93


Cuadro 6.22-Costos de equipos usados en la técnica MPD………………………… 93

Cuadro 6.23-Resumen de lodo perdido en el pozo de referencia sal-14…………….94

Cuadro 2.1-Calculo caída de presión intervalo 1………………………………………. 106

Cuadro 2.2-Resultados…………………………………………………………………… 106

Cuadro 2.3 – Resultados…………………………………………………………………. 107

Cuadro2.4-Cálculos de las caídas de presión para cada intervalo…………………. 109

Cuadro2.5-Calculo de la ECD óptima…………………………………………………... 109

Cuadro2.6-Tabla profundidad vs. ECD optima….………………………………………109

Cuadro2.7-Cálculos de las caídas de presión para cada intervalo…………….…… 109

Cuadro2.8-Calculo de la ECD óptima….……………………………………………….. 110

Cuadro2.9-Tabla profundidad vs. ECD optima………..……………………………….. 110

Cuadro2.10-Cálculos de las caídas de presión para cada intervalo….……………. 110

Cuadro2.11-Calculo de la ECD óptima…………………………………………………. 110

Cuadro2.12Tabla profundidad vs. ECD optima………………………………..…….. 111

Cuadro2.13-Cálculos de las caídas de presión para cada intervalo….…………… 111

Cuadro2.14-Calculo de la ECD óptima……………………………………………….. 111

Cuadro2.15-Tabla profundidad vs. ECD optima………………………………………. 112

Cuadro2.16-Cálculos de las caídas de presión para cada intervalo….……………. 112

Cuadro2.17-Calculo de la ECD óptima………………………………………………… 112

Cuadro2.18-Tabla profundidad vs. ECD optima………………………………………. 112

MAPAS

PAGINA

Mapa 1 – Ubicación del campo san Alberto …………………………………………… 100

Mapa 2 – Estructura geográfica parcelada campo San Alberto……………………… 101

Mapa 3 – Pozos del campo San Alberto imagen satelital…………………………….. 102

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