Perforacion Petrolera

INTRODUCCIÓN

Hasta finales del siglo XIX la perforación de pozos petroleros se hacía utilizando el método de percusión; sin embargo, esta técnica presentaba serias limitaciones en cuanto a la limpieza del hoyo, profundidad y control de presiones. Estas dificultades fueron resueltas a principios del siglo XX con la introducción en el mercado del método de perforación rotatoria; este sistema, está representado principalmente por una torre que sirve como soporte al sistema rotatorio en la perforación de un pozo, previendo el equipo apropiado y las áreas de trabajo necesarias para levantar, bajar y suspender los grandes pesos requeridos por el sistema de rotación, el cual es el más importante y su función principal es hacer rotar la sarta de perforación y permitir que la mecha perfore un hoyo desde la superficie hasta la profundidad programada.

En esta investigación analizaremos de manera breve y simplificada el enorme y amplio proceso de la perforación y completación de pozos enmarcada como la etapa más importante en el proceso de producción de crudo y gas natural, materia prima fuente principal de nuestra economía y el desarrollo energético y tecnológico del mundo.

1. Definición del proceso de Perforación.

La perforación de un pozo en tierra o mar consiste en la penetración de las diversas capas de roca hasta llegar al yacimiento. Antiguamente este proceso se hacía mediante el golpeteo del suelo y la roca con algún material duro (barrena) hasta desgastarlos, se retiraban los recortes de material con alguna cubeta y se continuaba con la operación de golpeo.

Actualmente para perforar un pozo, se utiliza de manera general, un sistema rotatorio que consiste en hacer girar una barrena conectada a una tubería para taladrar la roca. Los fragmentos resultantes son llevados a la superficie a través del espacio anular formado por las paredes de la formación rocosa y la tubería suspendidos en un fluido diseñado especialmente para esta operación.

Puede ser definida tan simple como el atravesar las diferentes capas de roca terrestres por medio del proceso de hacer un agujero, sin embargo esta es una tarea compleja y delicada que necesita ser planteada y ejecutada de una manera tal, que produzca un pozo útil y económicamente atractivo en una forma segura.

Barrena

Limpieza del Pozo. Perforación de un pozo

2. Tipos de Perforación.

Se pueden enunciar varios tipos de perforación que van a variar de acuerdo al terreno y facilidades de producción a menor costo.

Perforación con Tubería Flexible. Esta operación nos permite perforar un pozo rápido seguro y a bajo costo, ya que la tubería flexible no necesita de conexiones por ser continua, maneja menor volumen de fluidos y acero que las tuberías de revestimiento. Asimismo evitan pegaduras ya que se tiene circulación continua. Sus componentes son: unidad de bombeo, unidad de potencia, carrete y tubería flexible, cabina de control y cabeza inyectora. Además de que se emplea para perforar pozos, se puede utilizar para: limpiezas, inducciones, estimulaciones, cementaciones, pescas, terminaciones, etc.

Unidad de Tubería Flexible.

Perforación en aguas profundas. Se consideran aguas profundas aquellas con tirantes de agua mayores a 400 y 500 metros. Para operar se utilizan equipos marinos, como son: barcos perforadores, plataformas semisumergibles, plataformas de patas tensionadas (TLP), etc., estos equipos normalmente cuentan con un sistema sofisticado de posicionamiento dinámico.

Posicionamiento dinámico

Perforación Multilateral o Direccional. Su enfoque es perforar para alcanzar nuevos objetivos de un yacimiento, explotado con pozos convencionales. Para esto se perforan varios pozos a partir de uno convencional (Figura II.4), con el fin de incrementar el área de drene del yacimiento (ramales), en varias direcciones dentro de la sección horizontal, vertical o direccional y lograr el incremento eficiente de la producción de hidrocarburos mientras se reducen los costos e impactos ambientales de contaminación en superficie. Los ramales varían de 2 a 8 dependiendo del caso.

Perforación Multilateral

Perforación con Tubería de Revestimiento. Esta consiste en eliminar la sarta de perforación y sustituirla con tubería de revestimiento, con lo cual se logra un ahorro de entre el 7% y el 10% en el tiempo total de perforación, por lo cual es una alternativa más para optimizar la rentabilidad de los proyectos de inversión, sin embargo no debe utilizarse indiscriminadamente en cualquier pozo o campo, sin antes hacer una evaluación económica de los pozos donde se pretende utilizar esta técnica. Para llevar a cabo esta técnica es necesario contar con las juntas adecuadas en las tuberías de revestimiento para que se puedan ir armando los diferentes tramos de tubería.

Perforación Bajo Balance. Se tiene cuando la densidad equivalente del fluido de control se diseña intencionalmente para que sea menor que la presión de las formaciones que se están perforando. El fluido puede tener densidad natural o inducida, en cuyo caso se agrega gas, aire o nitrógeno a su fase líquida, permitiendo la entrada de fluidos de la formación al pozo, que deben circularse y controlarse en la superficie . El uso de esta técnica no se limita a formaciones de baja presión, pues también se aplica en pozos de alta presión, con los mismos objetivos: reducir el riesgo de atrapamiento por presión diferencial y hacer factible la perforación.

Arreglo superficial para una perforación bajo balance

• Perforación con Láser. Los láser producen una intensa radiación electromagnética la cual se puede ocupar para derretir o vaporizar formando agujeros en las rocas. Los destellos láser son producidos por excitación de átomos hasta altísimos estados de energía. Cuando los átomos caen sobre estados más bajos de energía, dan una radiación electrónica monofrecuencial, la cual puede ser enfocada dentro de los intensos destellos láser. Al incidir estos destellos en la roca van eliminando una parte de esta pero producen una cierta zona de fracturamiento que al estar en conjunto con un sistema mecánico de perforación la penetración es más eficiente.

3. Mecánica de Perforación de un Pozo

El trabajo que se necesita para poner en funcionamiento una perforación, es decir el mecanismo de perforación es o consiste en una barrena, las cuales pueden ir desde 1, 2 y hasta 3 conos montados sobre rodillos o bujes de compuestos especiales; estos conos, ubicados originariamente de manera concéntrica, son fabricados en aceros de alta dureza, con dientes tallados en su superficie o con insertos de carburo de tungsteno u otras aleaciones duras: su geometría responde a la naturaleza del terreno a atravesar.

La barrena de perforar cuenta con uno o varios pasajes de fluido, que orientados y a través de orificios (jets) permiten la circulación del fluído. El rango de diámetros de la barrena es muy amplio, pero pueden indicarse como más comunes los de 12 ¼ y de 8 ½ pulgadas.

Fig. 2- diferentes tipos de trépano

El conjunto de tuberías que se emplea para la perforación se denomina columna o sarta de perforación, y consiste en una serie de trozos tubulares interconectados entre sí mediante uniones roscadas. Este conjunto, además de transmitir sentido de rotación al trépano, ubicado en el extremo inferior de la columna, permite la circulación de los fluidos de perforación.

El primer componente de la columna que se encuentra sobre el trépano son los portamechas (drill collars), tubos de acero de diámetro exterior casi similar al del trépano usado, con una longitud de 9,45 m., Con pasaje de fluido que respeta un buen espesor de pared. Sobre los portamechas (o lastrabarrena) se bajan los tubos de perforación (drill pipes), tubos de acero o aluminio, huecos, que sirven de enlace entre el trépano y/o portamechas y el vástago (kelly) que da el giro de rotación a la columna. El diámetro exterior de estos tubos se encuentra en general entre 3 ½ y 5 pulgadas y su longitud promedio es de 9,45m.

La rapidez con que se perfora varía según la dureza de la roca. A veces, el trépano puede perforar 60 metros por hora; sin embargo, en un estrato muy duro, es posible que sólo avance 30/35 centímetros en una hora.

Los fluidos que se emplean en la perforación de un pozo se administran mediante el llamado sistema de circulación y tratamiento de inyección.

El sistema está compuesto por tanques intercomunicados entre sí que contienen mecanismos tales como:

o Zaranda/s: dispositivo mecánico, primero en la línea de limpieza

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