1

referencias:

• Bernt S. Aadnoy, Iain Cooper, Stefan Z. Miska, Robert F. Mitchell, Michael L. Payne: Advanced Drilling and Well Technology. SPE 2009, ISBN: 978-1-55563-145-1.

• Robello G. Samuel, Xiushan Liu: Advanced Drilling Engineering – Principles and Design. Gulf Publishing Company, Houston Texas, 2009,ISBN: 978-1-933762-34-0.

• World Oil´s Handbook of Horizontal Drilling and Completion Technology. Gulf Publishing Company, Houston, Texas 1991, ISBN: 0-87201-361-8.

• A Primer of Oilwell Drilling. Petroleum Extension Service, Houston, Texas 2001,ISBN: 0-88698-194-8.

• Robello, R. G.: Downhole Drilling Tools. Gulf Publishing Company, Houston, Texas2007, ISBN: 978-1933762135.

Perforación tierra adentro fundamentos

Introducción a la perforación tierra

adentroPresentación No. 1

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Los objetivos definen la construcción del agujero/pozo

Fundamentos de perforación

La perforación significa hacer un agujero para accesar el interior de la tierra por debajo de la superficie

Los objetivos pueden ser

• Obtener información acerca del material por debajo de la superficie por mediomuestreo/pruebas y/o sacar muestras y obtener registros=> Los Agujeros descartados puedenser utilizados para• Producción/inyección de fluidos/gases

(petróleo/gas/agua/geotecnia)=> Agujeros para un pozo de sondeo=< Monitoreo de las propiedades del subsuelo (presión de acuífero, estado de estrés, etc) 

=> Agujeros  completado para un pozo de producción

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Los campos de aplicaciones de perforación

Exploración / Producción de Recursos Naturales ‐ Petróleo y Gas ‐ Agua ‐ Energía Geotérmica

Investigación del Sitio ‐ Científica‐ Fundación / Construcción ‐ Medio Ambiente

Exploración minera

Agujeros de voladura/Sismica

--Cantera

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Técnicas de Perforación ‐ Clasificación por  el tipo de perforación de agujeros

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Principios de técnicas de perforación – Perforacióncon herramienta de cable de percusión

Tecnica de perforación muy antigua(utilizada hace más de 2000 añospor los chinos)Técnica de dos fases (discontinuas)Fase 1: Perforación de la rocaCaída libre de la broca, la cualgolpea el fondo con impulso fuerte –se repite levantando y dejando caerla broca de perforaciónFase 2: Remoción de los cortesSe interrumpe la perforación pararemover los cortes por medio deachique

• adecuada sólo para roca dura• la eficiencia total de proceso de 

perforación es bastante bajo

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Principios de técnicas de perforación – Perforacióncon herramienta de cable de percusión

La perforación por percusión

• Los chinos desarrollaron métodos de percusión en el siglo III DC y alcanzaba 140 m explotando salmueras, y gas

• Utilizaban brocas de hierro y tubería de bambú

• En el siglo XVIII alcanzaron profundidades de 300 a 400 m. Y en 1835 el pozo Shenghai alcanzó los 1000 m.  En esas fechas en Norteamérica solo alcanzaban 500m

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Principios de las técnicas de perforación ‐ Rotary Drilling

Fluido de Perforación se hacecircular al ser bombeada por la sartade perforaciónLa sarta de perforación se gira para hacer girar la broca; que se alimenta hacia abajo conforme la penetración de la barrena

La broca se empuja en la parteinferior y la rotación hace que cortela roca

La circulación de retorno lleva los cortes hasta la corona circular entre la sarta de perforación y la pared del agujero

Elementos clave: ‐ Broca ‐Sarta de perforación‐ fluido de Perforación

Torres autoportantes

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Tipos de brocas de perforación RotatoriaParametrización para la optimización de los taladros de insertos:  Tasa de Penetración (velocidad de perforación: m / h)  Vida  de la broca  (metros perforados)

Caracterización de la rocaSuave Muy dura

Medianamentedura Suave

Broca de conosDientes de acero

Broca de conos(insertos de carburo

de tunsteno)

Broca de diamanteDiamantes Naturales

Boca de diamenteDiamantes

PolycristalinosCortadorescompactos

Brocas para minería

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Sistema de lubricación de una broca

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La acción de corte de las brocas de insertos

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La acción de corte de las brocas de insertos

Conos de insertos rodantes no sólo

ruedan en la parte inferior, pero

siempre deslizan, rasgan y aplastan

El  desplazamiento de  los conos aumenta el Deslizamiento, y las acciones de rasgar, y desbastar

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Elementos de los conos de perforación excentricos con rodamientosTipos de formas de los insertos

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Limpieza del fondo del agujero de una broca de conosexcentricos con rodamientos

Esquema de la acción de lasboquillas reductoras Efecto de la velocidad de la salida en la tobera en la 

velocidad de penetración (Rate of penetration ROP)

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Parámetros de funcionamiento típicas para Brocas con Cono Rodantes con Insertos

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Acción de corte de los Diamantes Brocas de diamante compacto Policristalino

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Acción de Diamantes de Corte

Partes de un PDC

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Los tamaños y textura de los cortes de roca depende del tipo de BrocaIADC (Asociación Internacional de contratistas de Perforación) 

Parametros para clasificación de brocas (1971)

• I= Desgaste de la estructura de corte interna en 1/8 • O= Desgaste de la estructura de corte externa en 1/8 • MD= Principal condición de desgaste • LOC= Ubicación de la principal condición de desgaste • B= Condición de los sellos o de los cojinetes • G= Desgaste del Calibre • 50• OD= Otra/s condición/es de Desgaste • RP= Razón de salida de la Broca 

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Numeración de los conos

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Parámetros de funcionamiento de las Brocas de Diamante

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Ensamblaje típico de la sarta de perforación rotatoria

La sarta de perforación es la conexión de encaje mecánico delaccionamiento giratorio en la superficie de la broca de perforaciónen el fondo del agujeroFunciones de la sarta de perforación:• Es la línea de flujo para la circulación de

fluidos de perforación• Proporciona peso sobre la barrena• Transmite la rotación y el torque para las

brocas de perforación• Guía y controla la trayectoria de la broca

Componentes principales:Los collares de perforación: tubería de acero de pared gruesacon conexiones roscadas Pin / Caja (Macho/Hembra)Tubos de perforación: tubo de acero con conexiones roscadasPin /Caja (Macho / Hembra)

Componentes Auxiliares:• Crossover subs• estabilizadores• escariador

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Características tubería de perforación rotatoria

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Acople de herramienta Soldado Junta macho y hembra

Tubos de perforación de Rotary están estandarizados por API

Diámetro exterior del 

cuerpo del tubo5 ½“5“

4 ½“4“

3 ½“2 7/8“2 3/8“

1“ = 2,54 cm

Grados de acero del cuerpo de la 

Tubería

E – 75X – 95

G – 105S - 135

Peso nominal del Cuerpo Tubería

Tool Joints Steel Grade: 120 000 psi (827,4 Mpa)

Tipo de rosca: NC 50, NC 38 La fricción soldada al cuerpo del tubo con soldadura de costura y maquinada

Wall Thickness

Largo de tubería

Range 1: 18 – 22 ftRange 2: 27 – 30 ftRange 3: 38 – 45 ft

1 ft = 30,48 cm

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Problemas en la tubería de perforación

¡La tubería de perforación es el componente sometido a mayores esfuerzos de los equipos rotativos!

Tensión Torque

Estallido(Presión interna)

Inversión de esfuerzos

Fatigua

Flexión(Mientras rota)

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Poniendo peso sobre la barrena mediante los collares de perforación

¡Pandeo de la tubería de perforación bajo carga de compresión!

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Ejemplos típicos para EstabilizadoBottom Hole Assemblies (BHA)

DDS directional drilling serviceDWS diagnostic while drilling

MWS measuring while drillingLWS loggin while drilling

DPM drilling process monitorin

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Fluido de Perforación ‐ ¿Por qué es llamado lodo?

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Fluido de Perforación ‐ ¿Por qué es llamado lodo?

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Fluido de Perforación ‐ ¿Por qué es llamado lodo?

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Fluido de Perforación ‐ ¿Por qué es llamado lodo?

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Lodo de perforación, un fluido multipropósito

Los principales Funciones:• Limpieza de fondo de pozo• Transporte de cortes de perforación• Soporte de la pared del pozo• Equilibrio de la presión de la 

Formación• El enfriamiento de la barrena• Transmisión de potencia hidráulica• La transmisión de datos (DPM)• reducción de la fricción• Protección contra la corrosión• Medio de carga de Información 

Científica

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Fluido de Perforación: Bombas de circulación

Parámetros de funcionamientotípicos:

presión máxima: 35 Mpa17 ½“ = 3 500 l/min12 ¼“ = 2 500 l/min8 ½“ = 1 500 l/min6“ = 600 l/min

heavyweight rigs =>2 bombas 1,200kW

lightweight rigs =>2 bombas 600 kW

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Fluido de Perforación: Bombas de circulación

Parámetros de funcionamientotípicos:

presión máxima: 35 Mpa17 ½“ = 3 500 l/min12 ¼“ = 2 500 l/min8 ½“ = 1 500 l/min6“ = 600 l/min

heavyweight rigs =>2 bombas 1,200kW

lightweight rigs =>2 bombas 600 kW

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Funciones principales de una plataforma de perforación Rotatoria

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Componentes principales del sistema de elevación

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Esquema del Aparejo de poleas en un plataforma de perforación rotatoria 

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Sistema de elevación de plataformas de perforación ‐ Elevación de la torre

Derrick

Torre estructural ensamblaje / desmantelado pedazo a pedazo 

Montaje / desmantelamiento consume mucho tiempo 

Se utiliza principalmente en alta mar 

Piso de perforación con forma cuadrada

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Sistema de elevación de plataformas de perforación ‐ Elevación de la torre

Mastil

• Una forma de estructura Aque se puede elevar o bajara una posición vertical por elmalacate sin sercompletamente armada odesmantelada

• buena movilidad• Se utiliza principalmente en

equipos de perforación entierra

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Torre de perforación: Malacate

Ventajas de Malacate movidopor engranajes :• alto rendimiento• alta disponibilidad• menos ruido• menos vibración• aumento de la seguridad

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La rotación de la sarta de perforación con una mesa giratoria

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La rotación de la sarta de perforación con un Top Drive

Top Drive significa una potencia giratoria queconvierte directamente la sarta deperforación sin necesidad de un kelly y mesagiratoria

Ventajas de un sistema de mando superior: 

• sarta de perforación se puede extraer mientras gira y circula lodo → de escariado por tracción 

• puede volver a conectarse con la sarta de perforación a cualquier altura del mástil durante el viaje

• perforación con paradas de 3 conjuntos de tubos de perforación es posible hidráulica de motor con cabezal giratorio de potencia par estático se puede aplicar por tiempo mucho más largo

¡Ahorra tiempo! ¡Una operación más segura y más fácil! 50

Drilling Rig – LOC 400

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Clasificación de las plataformas de perforación

Clasificación según la profundidad:

• plataformas ligeras: 1 500 ‐ 2 000 m• plataformas intermedias: 3 500 m• plataformas pesadas: 6 000 m• plataformas ultrapesadas: 8 000 ‐ 10 000 m

Clasificación por Caballos defuerza:

Regla de oro:cada 100 pies (30,5 m) deperforación requiere de 10 CV(7,5 kW) en el malacate

• plataformas ligeras: 650 CV (484,7 kW)• plataformas intermedias: 1 300 CV (969,4 kW)• plataformas pesados: 2 000 CV (1.491 kW)• plataformas ultrapesadas: 3 000 CV (237 kW 2)

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Esquema de Organización de un sitio de pozo Típico

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Contratos de perforación

Contratos por penetración El operador paga el contratado por un monto estimulado por cada pie o metro perforado, sin importar cuanto tiempo toma al contratista perforarlo.  El contratista asume muchos riesgos de la perforación

Contratos por día trabajado El operador es pagado por un monto estipulado por hora basado en el trabajo de la plataforma y la tripulaciónTiempo de perforaciónTiempo Standby (Logging, testing, fishing)

Contratos combinados Combinación por penetración y tarifas de tiempo

Llave en mano El operador paga un monto determinado cuando el contratista completa el pozo.  El contratista lleva, materiales, equipos y personal al pozo.  El contratista controla la operación de perforación, con poca o ninguna supervisión.  El contratista asume todos los riesgos y ajusta el precio, al cargar que refleje los riesgos tomados.El operador se beneficia al no asumir ningún riesgo, sin embargo el precio es mayor.