1

RESUMEN Durante la perforación de pozos con plataformas semisumergibles de la región marina, se tienen problemas significativos que incrementan el tiempo de perforación y el costo del pozo por la cementación de los conductores de 30”, debido a los cráteres que se causan durante la perforación con la barrena de 8 ½” y de 36” por el flujo de agua de mar y baches de lodo que erosionan el lecho marino, derivado de esto se utilizan volúmenes excesivos de cemento para rellenar el espacio anular entre el agujero causado por la barrena de 36” y la TR de 30”, además se debe corregir la cementación primaria con anillos de cemento porque normalmente la lechada no llega hasta el lecho marino, ocasionando con esto un incremento en el tiempo del equipo y en el volumen de cemento utilizado. Por tal motivo se empleo el “Sistema de chorro o Jet” el cual consiste en bajar al mismo tiempo el conductor de 30” con un motor de fondo y una barrena de 26” en su interior, se utilizó en México por primera vez en el pozo Cipac- 1 que es perforado por la Unidad Operativa Suroeste, de la Región Marina. La importancia de su utilización es que solo emplea un máximo de 10 horas en su ejecución y no se requiere el uso de cemento. INTRODUCCIÓN Durante la perforación de pozos de la región marina con plataformas semisumergibles se perforan agujeros piloto de 8 ½” a una profundidad que varia

entre 800 m y 1,000 m para verificar cualquier presencia de gas somero. Una vez perforado este agujero piloto se amplia este mismo hasta una profundidad que varia entre 150 m y 250 m por debajo del lecho marino con una barrena de 36” para poder bajar y cementar el conductor de 30”, en consecuencia los baches de lodo y el agua de mar que se utilizan para perforar esta etapa erosionan el lecho marino creando cráteres que varían entre 6 m y 10 m de diámetro. Para la cementación primaria de estos conductores se emplean alrededor de 100 m3 de lechada, este volumen es de un 200% a un 250% de exceso del requerido si se tuviera un agujero de 36”, una vez cementado el conductor de 30” se emplea una tubería de 2 7/8” para verificar la cima de cemento por espacio anular llegándose a encontrar de 5 m a 85 m por debajo del lecho marino, además de una espera de fraguado entre cada anillo de 4 hr a 8 hr, lo cual incrementa el tiempo de perforación de 3.5 a 11 días. La cantidad de anillos puede variar de 1 a 11 anillos de cemento, en cada anillo de cemento se han empleado de 5 m3 a 45 m3 de lechada lo cual ocasiona un incremento en el volumen de cemento que se utilizó durante la cementación primaria. Cabe señalar que aunado a los problemas que se tienen por la cementación, se deben agregar los problemas de espacio y logística, porque durante la cementación primaria y la colocación de anillos se utiliza todo el cemento disponible en la plataforma. La solución fue El “Sistema de chorro o jet”, que emplea las mismas herramientas para bajar el conductor de 30” de manera convencional, agregando únicamente un motor de fondo. Este sistema solo emplea un máximo de 10 horas en su ejecución y no se requiere el uso del cemento, esto puede representar un ahorro de hasta un 90.5%.

SISTEMA JET COMO SOLUCIÓN A LOS PROBLEMAS DE CEMENTACIÓN PARA CONDUCTORES DE 30 EN PLATAFORMAS SEMISUMERGIBLES

Ing. Efraín Ramírez Briseño

Ing. Jorge Avila Jiménez Pemex, Exploración y Producción, Gerencia de Perforación y Mantenimiento de

Pozos, División Marina, Unidad Operativa Suroeste.

Copyright 2005, CIPM. Este artículo fue preparado para su presentación en el cuarto E-Exitep 2005, del 20 al 23 de febrero de 2005 en Veracruz, Ver., México. El material presentado no refleja necesariamente la opinión del CIPM, su mesa directiva o sus colegiados. El artículo fue seleccionado por un comité técnico con base en un resumen. El contenido total no ha sido revisado por el comité editorial del CIPM.

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ANTECEDENTES Los pozos Colhua – 1 y Numan – 1 perforados con plataformas semisumergibles fueron los que emplearon mayor cantidad de cemento y tiempo de plataforma durante las operaciones de cementación de los conductores de 30” con el sistema convencional, por lo que serán utilizados para tener una idea del volumen de cemento y tiempo de equipo empleados para estas operaciones, así como el costo aproximado derivado de estas operaciones, no se contempla costo por logística, personal, retrasos en pozos posteriores, etc. Pozo Colhua – 1 Plataforma semisumergible “Ocean Ambassador” Tirante de agua 88 m Espacio mesa rotaria-nivel del mar 27 m

Con barrena de 8 ½” perforó un agujero piloto de 115 m a 700 m con agua de mar y baches de lodo. Posteriormente se amplió el mismo agujero con barrena de 36” de 115 m a 265 m, para la cementación se empleo un volumen de 101.4 m3, posteriormente con tubería de 2 7/8” se tocó la cima de cemento del espacio anular entre la formación y la TR de 30” a 120.5 m por lo cual se bombearon 9 anillos de cemento generando un volumen de 66.36 m3, con estos anillos la cima quedo a 116.80 m. No solo el empleo de cemento generó un costó, también la renta de equipo, para este trabajo se emplearon un total de 6.88 días, el tiempo de espera generado por el transporte del cemento debido a que en la cementación primaria se empleo todo el cemento disponible en la plataforma lo cual representa 2.54 días. El costo por equipo y cemento fue $597,598.02 USD.(Figura1).

Figura 1. Con el sistema utilizado anteriormente se perforaba un agujero piloto de 8 ½” y posteriormente se ampliaba con barrena de 36” generando un diámetro mayor a 36” y un cráter en el lecho marino

Barrena de 36”

Crater causado por el agujero

piloto con barrena de 8 ½” y barrena de 36”

Tirante de agua

Agujero perforado con barrena de 8 1/2”

Barrena de 36”

Crater causado por el agujero

piloto con barrena de 8 ½” y barrena de 36”

Tirante de agua

Barrena de 36”

Crater causado por el agujero

piloto con barrena de 8 ½” y barrena de 36”

Barrena de 36”Barrena de 36”

Crater causado por el agujero

piloto con barrena de 8 ½” y barrena de 36”

Tirante de agua

Agujero perforado con barrena de 8 1/2”

3

Pozo Numan – 1 Plataforma semisumergible “Pride Viking” Tirante de agua 175.50 m Espacio mesa rotaria-nivel del mar 24.83 m Con barrena de 8 ½” perforó un agujero piloto de 203.3 m a 750 m con agua de mar y baches de lodo. Posteriormente se amplió el mismo agujero con barrena de 36” de 203.3 m a 380 m, para la cementación se empleo un volumen de 120.46 m3, posteriormente con tubería de 2 7/8” se tocó la cima de

cemento del espacio anular entre la formación y la TR de 30” a 285 m por lo cual se bombearon 11 anillos de cemento generando un volumen de 238.41 m3, con estos anillos la cima quedo a 200 m. No solo el empleo de cemento generó un costó también la renta de equipo, para este trabajo se emplearon un total de 9.05 días (no se contempla el tiempo de espera generado por el transporte del cemento debido a que el utilizado excedió el cemento disponible en la plataforma lo cual representaría 1.88 días). El costo por equipo y cemento fue de $763,464.165 USD. (Figura 2)

Figura 2. Con el sistema utilizado anteriormente se incrementaban los costos debido al volumen excesivo de lechadas de cemento y la cantidad de días que se utilizaban para la colocación de anillos de cemento tratando de rellenar el agujero creado con la barrena de 36” y el cráter generado en el lecho marino.

Zapata de 30”

Crater causado por el agujero piloto con barrena de 8 ½” y

barrena de 36”

TR de 30”

Lechada de

cemento

Anillos de cemento

Tirante de agua

TP de 2 7/8” para colocar

anillos

Agujero perforado con barrena de 8 1/2”

12 3

4

Zapata de 30”

Crater causado por el agujero piloto con barrena de 8 ½” y

barrena de 36”

TR de 30”

Lechada de

cemento

Anillos de cemento

Tirante de agua

TP de 2 7/8” para colocar

anillos

Agujero perforado con barrena de 8 1/2”

12 3

412 3

41122 33

44

4

SOLUCIÓN Derivado del costo por equipo y excesivos volúmenes de cemento empleados, la Unidad Operativa Suroeste se dio a la tarea de poner en práctica la Tecnología de perforación con el “Sistema a Chorro o Jet”, aplicada a nivel mundial y la cual se determinó que era factible de emplear. A continuación se describe el procedimiento (Figura 3) y la sarta utilizada (Figura 4) en los pozos Cipac – 1 y Tson–1:

PERFORACION Y MANTTO. DE POZOSUNIDAD OPERATIVA SUROESTE

DISEÑO DE POZOSPOZO: CIPAC - 1

POZO EXPLORATORIO CIPAC– 1 Ing. Efraín Ramírez Briseño

1. Efectuar junta de seguridad con personal involucrado en la operación.

2. Medir todas las herramientas y la tubería de revestimiento, cortar el piñon del primer tramo del conductor para realizar ajustede tal forma que la barrena quede por fuera de la TR de 30” ±20 cm (Nota: el corte debe tener un ligero biselado hacia adentro)

3. Retirar los 4 tapones de 2 ½” que se encuentran en la parte superior del Running Tool

4. En el primer tramo de TR de 30” marcar metro a metro con franjas de color blanco del corte hacia arriba y numerarlos (con el fin devisualizar con el ROV la entrada de la TR a la zona de fango)

5. Pintar con franjas blancas y númeradas el tramo que esta soldado al cabezal de 30”, (pintarlo del cabezal hacia abajo con el fin dedeterminar la profundidad del lecho marino hasta la BGP).

6. Pintar postes de la BGP con números (para su identificación 1,2,3,4).

7. Marcar la barrena con franjas blancas de los conos hacia arriba en 15-20 cm.

8. En el piso de perforación prepare la herramienta soltadora (Running Tool) para TR de 30” con la herramienta de perforación 5XH,verificar con vueltas hacia izquierda y derecha, para verificar la entrada y salida del anillo de retencion, estibe la herramienta soltadoraen peines

9. Armar barrena triconica de 26”, armar sarta descrita en el esquema, verificar funcionamiento del motor de fondo y estibar en el piso deperforación.

10. Colocar la base guía permanente al contrapozo (MoonPool) alineada con la mesa rotaria. (asegurar la BGP a vigas del contrapozo)

11. Bajar la TR de 30” a través de la BGP, cuando se tenga en el piso de perforación el Housing de 30”, instale el soltador verificando elnumero de vueltas a la izquierda (+/- 5 ½), marcar con una línea blanca sobre el soltador como referencia de las vueltas para activar anillo de retención, bajar el Housing con la con TP HW e instalarlo en la BGP dejándola en las vigas del contrapozo. (Verificar activaciónde anillo de retención)

12. Colocar los postes de la BGP y Ojo de toro (la orientación de los números debe estar de acuerdo a los números que se tiene en los preventores para orientarlo)

13. Colocar los cables guía (probar con tensión los pernos de sujeción) y dejarla preparada en el contrapozo.

14. Levantar Running Tool y estibar en peines.

15. Con ayuda del ROV bajar barrena y sarta descrita por dentro de la TR previo ajuste procurando dejar la barrena por debajo de la TR ± 20 cm,k instalar soltador (verificando número de vueltas), retirar las vigas del contrapozo.

16. Iniciar a bajar TR junto con BGP y la sarta de perforación hasta el lecho marino. (verificar funcionamiento del motor de fondo)

17. Bajar y descargar no más de 3 m o de 5,000 a 10,000 lbs de peso de la sarta con bomba apagada. (observar a través del ROV)

18. Levantar ROV hasta el medidor de inclinación (ojo de toro), si esta en cero continuar, si no tensionarla sarta hasta verificar un valor de cero en la inclinación.

19. Comenzar el bombeo con bajo gasto cuidando de no pasar de 50 epm en los primeros 10 metros, bombear baches de lodo de 50 bl cada 10 m, después aumentar a +/- 200 epm y levantar ROV para verificar flujo a través de los orificios de 2 ½” en el Running Tool.

20. Trabajar TR de acuerdo al comportamiento de la formación, si no empieza a avanzar trabajar la sarta levantandola de 2-3 veces una longitud de 5-8 m, al levantar bombear el lodo, al hacer una conexión trabajar sarta, monitorear con el ROV y tratar deque no de vuelta la BGP y los cables guía de la misma, verificar la inclinación de TR continuamente en el ojo de buey para evitar desviaciones.

21. No trabajar la TR los últimos 3 metros y bombear unicamente lodo los últimos 6 metros, una vez que la TR este a laprofundidad programada, verificar la inclinacion en el ojo de toro, apagar bombas y descargar el peso de la TR de 30”.

22. La BGP debe quedar a +/- 2.5 m arriba del lecho marino.

23. Dejar reposando TR de 2-3 hrs.

24. Si se desliza continuar reposando.

25. Si no se desliza liberar el soltador (running tool) con 5 ½ vueltas a la derecha y sacar herramienta a superficie, eliminar mismo.

26. Bajar barrena de 26” y perforar hasta 1,075 m, monitoreando cualquier presencia de gas con el ROV. (verificar el rumbo de la corriente)

PEMEX - EXPLORACIÓN - PRODUCCIÓN

DIVISIÓN MARINA

PLATAFORMA: OCEAN AMBASSADOR

PROGRAMA OPERATIVO PARA INTRODUCCIÓN DE TR 30” A +/- 85 mvblm CON “SISTEMA JET”

NOTA: Tirante de agua minimo +/- 70 m.

5

Con este sistema se emplearon solo 1.5 días en el pozo Tson-1 (73,350 dolares) y 1.54 días en el pozo Cipac-1 (84,700 dolares), es decir, solo se refleja el costo del equipo y no se utilizó cemento, lo cual representa un ahorro de 86-91.4%. Aún si se tuviera un agujero ideal de 36” se emplearía cemento y por lo menos 3 días de equipo, por lo tanto el “Sistema Jet” no se puede comparar con los utilizados anteriormente.

PERFORACION Y MANTTO. DE POZOSUNIDAD OPERATIVA SUROESTE

DISEÑO DE POZOSPOZO: CIPAC - 1

POZO EXPLORATORIO CIPAC– 1 Ing. Efraín Ramírez Briseño

4 DRILL COLLAR DE 8 "

BARRENA DE 26 ”TRICÓNICA

(3 toberas de 18)

ESTABILIZADOR DE 8” x 26"

1 DRILL COLLAR DE 8 "

ESTABILIZADOR DE 8 " x 26"

MOTOR DE FONDO DE 9 5/8”, camisa de 26

SARTA PARABAJAR CONDUCTOR DE 30”F.M. - 80 M.

Longitud de TR 30”, 85 m máximo

1 DRILL COLLAR CORTO DE 8 "

N TRAMOS T.P. HW 5"

COMBINACION 6 5/8” REG X 5XH

F.M. 110.20 mvbmr

VALV. C/P

Distancia entre la barrena de 26” y la TR de 30” 20 cm

Herramienta p/correr TR de 30”

N TRAMOS T.P. DE 5"

ETAPA DE TR 30“ CON SISTEMA JET

Base Guia Permanente Distancia entre la BGP y LM (2.5 m)

Comb P) 6 5/8 reg x C) 5 XH

Figura 4. Esquema de la sarta utilizada en el sistema Jet

6

SECUENCIA DE LAS OPERACIONES REALIZADAS CON “SISTEMA JET”

Antes de empezar las operaciones, se inspecciona el lecho marino para asegurarse que la localización propuesta es adecuada para las operaciones de perforación. Esta inspección es realizada por el ROV (Vehículo

de Operación Remota) de la cual se obtienen datos como:

Relieve del lecho marino. Presencia de fango. Tirante de agua. Temperatura. Magnitud de las corrientes y

dirección. Consistencia del lecho marino

Fig 5. Inspección realizada por el ROV , las imágenes emitidas a través de un cable son observadas en una pantalla que se encuentra en la cabina del perforador.

Fig. 6. Inspección realizada por el ROV del lecho

1 2 3

4

Piso de perforación

Contrapozo (MoonPool)

Fig. 7. Base guia permanente instalada en el contrapozo y descenso del primer tramo de TR marcado en la punta con pintura blanca metro a metro.

7

2 3

1 4

Piso de perforación

Contrapozo (MoonPool)

Fig. 10. Se levanta el “Running Tool” y se estiba en el piso de perforación

2 3

1 4

Piso de perforación

Contrapozo (MoonPool)

Fig. 9. Se deja el Cabezal de 30” en la Base guia Permanente y se libera el Running Tool con 5 ½” vueltas a la derecha.

Fig. 8. Armado del Cabezal de 30” en el piso de perforación, debemos bajarlo al contrapozo con el “Runnig Tool” con 5 ½” vueltas a la izquierda se activa el anillo de retención.

2 3

1 4

Piso de perforación

Contrapozo (MoonPool)

Running Tool

8

2 3

1 4

Piso de perforación

Contrapozo (MoonPool)

Fig. 13. Se descargan ± 15,000 lb, +/- 2.5 m dentro del lecho marino sin bombeo.

Fig. 11. Se arma la sarta de perforación con barrena de 26” y motor de fondo, después se baja con el Running Tool a través de la TR de 30” y se activa el anillo de retención con 5 1/2” vueltas a la izquierda en el Cabezal de 30”

Fig. 12. Se baja la BGP, TR de 30” y la sarta de perforación con la barrena de 26” por dentro con la herramienta soltadora (Running Tool)

2 3

1 4

Piso de perforación

Contrapozo (M oonPool)

Fig. 14. Se verifica la inclinación en el ojo de toro, si se observa una inclinación se tensiona un poco el aparejo hasta lograr una inclinación de cero.

9

Fig. 15. Una vez verificada la inclinación se inicia el bombeo y se perfora con agua de mar y baches de lodo, la circulación es a través del E.A. del I.D. de la TR de 30” y TP de 5” Con este sistema No se crea ningún cráter en el lecho marino.

Fig. 16. Se puede observar como circula todo el recorte a través de los orificios de 2 ½” que se encuentran en la herramienta soltadora.

Fig. 17. Se deja la BGP +/-2.5 m por encima del lecho marino

Fig. 18. Se inspeccionan los cables y los postes de la BGP.

Fig. 19. Se verifica la inclinación en el balancin (ojo de toro) Fig. 20. Se inspecciona con el ROV cualquier manifestación de gas.

10

Fig. 21. Durante la operación la TR de 30” se va adhiriendo a la formación al final de la operación se deja estático el aparejo de 2–3 horas para permitir la expansión de la formación de tal forma que la TR 30” quede fija. Con este sistema No se tendrá un cráter y la TR de 30” estará totalmente rígida.

Fig. 22. Se libera la herramienta (running tool) para correr el aparejo y TP, con 5 ½” vueltas a la derecha

Fig. 23. Se elimina la sarta de perforaciòn, el motor de fondo y la barrena de 26”.

Barrena 26”

No hay Crater

TR de 30”

No se utiliza Lechada de

cemento

No Anillos de cemento

Tirante de agua

12 3

4

Barrena 26”

No hay Crater

TR de 30”

No se utiliza Lechada de

cemento

No Anillos de cemento

Tirante de agua

12 3

412 3

41122 33

44

11

FACTORES QUE DEBEN TOMARSE EN CUENTA PARA EL EMPLEO DE ESTE SISTEMA:

1. Tipo de pozo. 2. Tirante de agua. 3. Característica del lecho marino. 4. Consistencia o dureza del subsuelo. 5. Experiencias en el área.

Como se puede apreciar la circulación de los fluidos es a través del espacio anular de la sarta de perforación y el interior de la TR de 30” por tal motivo la TR de 30” se va adhiriendo a la formación, inclusive durante la operación en cada conexión se debe

trabajar la sarta para evitar una pegadura, además al final de la operación se deja estático el aparejo de 2–3 horas para permitir la expansión de la formación de tal forma que la TR 30” quede fija, con este sistema se garantiza que no se tendrá un cráter y que la TR de 30” estará totalmente rígida. Por lo antes descrito se garantiza que el Cabezal de 30” soportara la Base Guia Permanente, el peso de los preventores (Figura 24 y 25) y el Raiser (+/-350,000 lb, dependiendo de la longitud del Raiser) que serán asentados sobre el cabezal de 18 ¾” una vez que sea corrida y cementada la TR de 20” (Figura 26).

Fig. 24. Una vez que es perforada la siguiente etapa con barrena de 26” y ha sido introducida y cementada la TR de 20” se acondicionan los Preventores

Fig. 25. El descenso de los Preventores es monitoreado con el ROV.

No hay Crater

TR de 30”

No se utiliza Lechada de cemento

No Anillos de cemento

Tirante de agua

1

2 3

4

TR de 20” cementada después de perforar con barrena de 26”

Preventores submarinos, bajados una vez cementada la TR de 20” y que son

conetados al cabezal de 18 ¾”

No hay Crater

TR de 30”

No se utiliza Lechada de cemento

No Anillos de cemento

Tirante de agua

1

2 3

41

2 3

411

22 33

44

TR de 20” cementada después de perforar con barrena de 26”

Preventores submarinos, bajados una vez cementada la TR de 20” y que son

conetados al cabezal de 18 ¾”

Fig. 26. Preventores Submarinos que son colocados una vez que fue cementada la TR de 20”.

12

CONCLUSIONES Con el “sistema de Chorro o Jet”

Introducir con este sistema la TR 30” conductora requiere de 3-6 horas

Se emplean solo 2-3 horas de reposo. No requiere cemento. La inclinación de la base guia es de 0°-

0.5°, es decir, menos de lo que se llegaba a tener con el sistema de convencional.

Se emplean solo 1.54 días para realizar la operación (depende del tirante de agua)

Se emplean las mismas herramientas utilizadas con el sistema convencional,

solo se le agrega un motor de fondo. Este sistema empleado para bajar los conductores en plataformas semisumergibles, no tiene comparación alguna con cualquier sistema convencional utilizado anteriormente debido a que no se requiere cemento y las operaciones realizadas hasta ahora solo emplean un máximo de 10 horas en su ejecución, este sistema se ha empleado en 12 pozos hasta el mes de noviembre del 2004 (± 7 millones de dolares), lo cual ha representado un enorme ahorro en cuestión económica para PEMEX. (Figura 27).

RECOMENDACIONES

Implementar el “Sistema de Chorro o Jet” en plataformas semisumergibles, debido al bajo costo y la rapidez con la que se ejecuta este trabajo.

Dejar el Cabezal de 30” +/- 2.5 m por encima del lecho marino ya que se debe tener en cuenta el peso que soportara debido al cabezal de 18 ¾” y la TR de 20” que será introducida en la siguiente etapa.

No es recomendable meter más de 85 m de TR de 30”

En operaciones posteriores utilizar la herramienta “Drill Ahead” la cual

permite perforar la siguiente etapa de 26” en el mismo viaje, es decir, con la herramienta para correr el aparejo (Running Tool) se necesita sacar la barrena de 26” y eliminar el motor de fondo para continuar perforando la siguiente etapa, con la herramienta “Drill ahead” no hay necesidad de sacar la sarta de perforación, esta herramienta permite continuar perforando y la TR de 30” permanece inmóvil.

BIBLIOGRAFÍA

Diamond Offshore Drilling, Inc.

Fig. 27. Gráfica comparativa del Sistema Jet con el sistema convencional. Los pozos Tson-1 y Numan-1 fueron perforados con la plataforma Pride México y los pozos Cipac-1 y Colhua-1 con la plataforma Ocean Ambassador

$84.700,00

$597.598,02

$73.350,00

$855.396,17

0100000200000300000400000500000600000700000800000900000

1000000

Cos

to e

n D

olar

es

Cipac- 1 Colhua - 1 Tson-1 Numan - 1

Pozos

Costo tiempo equipo-cemento

Ahorro $512,898USD

86%

Ahorro $782,046USD

91.4%

Plataforma “Pride México” Plataforma “Ocean Ambassador”