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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA CARRERA DE INGENIERIA PETROLERA PROYECTO DE GRADO “METODOS NO CONVENCIONALES DE PERFORACION CON LA TECNOLOGIA COILED TUBING” POSTULANTE: UNIV. MENDOZA MAMANI GUSTAVO TUTOR: ING. MARCO ANTONIO MONTESINOS MONTESINOS LA PAZ - BOLIVIA 2020 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERIA LA FACULTAD DE INGENIERIA DE LA UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS AUTORIZA EL USO DE LA INFORMACIÓN CONTENIDA EN ESTE DOCUMENTO SI LOS PROPÓSITOS SON ESTRICTAMENTE ACADÉMICOS. LICENCIA DE USO El usuario está autorizado a: a) Visualizar el documento mediante el uso de un ordenador o dispositivo móvil. b) Copiar, almacenar o imprimir si ha de ser de uso exclusivamente personal y privado. c) Copiar textualmente parte(s) de su contenido mencionando la fuente y/o haciendo la cita o referencia correspondiente en apego a las normas de redacción e investigación. El usuario no puede publicar, distribuir o realizar emisión o exhibición alguna de este material, sin la autorización correspondiente. TODOS LOS DERECHOS RESERVADOS. EL USO NO AUTORIZADO DE LOS CONTENIDOS PUBLICADOS EN ESTE SITIO DERIVARA EN EL INICIO DE ACCIONES LEGALES CONTEMPLADAS EN LA LEY DE DERECHOS DE AUTOR. i DEDICATORIA A mis padres Julio Mendoza y Eva Mamani, por ser un pilar y mi más grande razón para salir adelante, asimismo por todo el cariño y apoyo brindado. A mi hermano Julio Cesar por el gran ejemplo de madurez y responsabilidad. A Paloma Vargas por estar siempre a mi lado en todo momento, demostrarme paciencia y darme ánimo. Finalmente, todos mis amigos por su incondicional amistad, demostrarme su cariño y brindarme ánimo. ii AGRADECIMIENTOS Quiero agradecer a toda mi familia, especialmente a mis padres por haber confiado en mí y estar conmigo en cada momento de mi vida. Al Ing. Marco Antonio Montesinos Montesinos por su motivación y el tiempo dedicado en brindarme los pasos necesarios para el desarrollo y elaboración del presente Proyecto de Grado. Finalmente quiero agradecer a todos mis compañeros en especial a Dulce mi querida confidente, Alvaro y Diego por ser grandes amigos, a los docentes y a la carrera por haberme brindado el apoyo incondicional en cada momento durante la realización de este Proyecto de Grado. A todos ellos MUCHAS GRACIAS. iii CONTENIDO DEDICATORIA ....................................................................................................... i AGRADECIMIENTOS ............................................................................................ ii SIMBOLOGÍA ...................................................................................................... xii RESUMEN EJECUTIVO ......................................................................................xiv CAPITULO I .......................................................................................................... 1 GENERALIDADES ................................................................................................ 1 1.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 1 1.2. ANTECEDENTES ..................................................................................... 2 1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................... 4 1.3.1. Identificación del Problema ................................................................. 4 1.3.2. Formulación del Problema .................................................................. 5 1.4. OBJETIVOS .............................................................................................. 5 1.4.1. Objetivo General ................................................................................. 5 1.4.2. Objetivos Específicos ......................................................................... 5 1.5. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO .......................................................... 6 1.5.1. Justificación Técnica........................................................................... 6 1.5.2. Justificación Económica ..................................................................... 6 1.5.3. Justificación Ambiental ....................................................................... 7 1.6. ALCANCE ................................................................................................. 8 1.6.1. Alcance Temático ............................................................................... 8 1.6.2. Alcance geográfico ............................................................................. 9 CAPITULO II ....................................................................................................... 10 iv MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 10 2.1. TUBERÍA FLEXIBLE ............................................................................... 10 2.1.1. Descripción ....................................................................................... 10 2.1.2. Elementos Clave en la Unidad de Tubería Flexible .......................... 14 2.1.3. VENTAJAS POTENCIALES DE LA PERFORACION CON TUBERIA FLEXIBLE ..................................................................................... 14 2.1.4. Limitaciones de la Perforación con Tubería Flexible ......................... 15 2.1.5. Aplicación de Tubería Flexible .......................................................... 15 2.2. GENERALIDADES DE LA TUBERÍA FLEXIBLE ..................................... 16 2.2.1. Materia Prima ................................................................................... 17 2.2.1.1. Acero al Carbón Convencional ................................................... 17 2.2.1.2. Tubería Flexible de Titanio ......................................................... 18 2.2.1.3. Tubería Flexible De Alta Resistencia.......................................... 19 2.2.2. Fabricación ....................................................................................... 20 2.2.2.1. Proceso De Fabricación ............................................................. 21 2.2.2.2. Proceso de Fabricación de la Lámina ......................................... 22 2.2.2.3. Proceso De Soldadura De La Lámina ......................................... 24 2.2.2.4. Proceso de Fresado de la Sarta ................................................. 26 CAPITULO III....................................................................................................... 31 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LA PERFORACIÓN CON TUBERIA FLEXIBLE ........................................................................................................... 31 3.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................... 31 3.2. POZOS NO DIRECCIONALES ............................................................... 31 3.3. POZOS DIRECCIONALES ..................................................................... 33 3.4. CONEXIÓN DE FONDO ......................................................................... 34 v 3.4.1. Conector de Tubería Flexible ............................................................ 36 3.4.2. Válvulas Dobles de Contrapresión .................................................... 36 3.4.3. Desconector Hidráulico ..................................................................... 36 3.4.4. Válvula de Circulación....................................................................... 36 3.4.5. Centralizador .................................................................................... 37 3.4.6. Lastra Barrenas ................................................................................37 3.4.7. Lastra Barrenas Magnético ............................................................... 37 3.4.8. Motor de Fondo ................................................................................ 38 3.4.9. Barrena de Perforación ..................................................................... 38 3.5. MOTORES DE FONDO PARA LA PERFORACIÓN CON TUBERIA FLEXIBLE ......................................................................................................... 38 3.5.1. Cavidad Progresiva del Motor de Desplazamiento Positivo ............... 39 3.5.2. Motores de Caja Curveada ............................................................... 40 3.5.3. Requerimiento de los Fluidos de Perforación .................................... 40 3.5.4. Motores de Turbina ........................................................................... 41 3.5.5. Herramientas de Impacto .................................................................. 42 3.5.6. Motor Eléctrico de Fondo .................................................................. 42 3.6. TREPANOS PARA LA PERFORACIÓN CON TUBERÍA FLEXIBLE ....... 42 3.6.1. Trépanos de Conos .......................................................................... 43 3.6.2. Trépanos de Conos Dentados .......................................................... 44 3.6.3. Trépanos de Inserto .......................................................................... 45 3.6.4. Trépanos de Cortadores Fijos ........................................................... 45 3.6.5. Selección de los Trépanos de Perforación ........................................ 47 3.7. UNIDADES HIBRIDAS DE PERFORACIÓN CON TUBERÍA FLEXIBLE……. ................................................................................................. 48 3.7.1. Unidades con Sistema de Grúa ........................................................ 49 vi 3.7.2. Unidades de Mástil Fijo ..................................................................... 50 3.7.3. Unidades de Mástil Auto Edificable ................................................... 51 3.8. FLUIDOS DE PERFORACIÓN Y LA HIDRÁULICA DEL POZO .............. 52 3.8.1. Fluidos de Perforación ...................................................................... 53 3.8.2. Perforación Sobre Balance ............................................................... 56 3.8.3. Perforación Bajo Balance .................................................................. 57 3.9. CONSIDERACIONES DE DISEÑO DE TUBERÍA FLEXIBLE ................. 59 3.9.1. Peso Sobre el Trepano ..................................................................... 60 3.9.2. Velocidad Anular ............................................................................... 61 3.9.3. Presión y Gasto de Bombeo ............................................................. 63 3.9.4. Torque .............................................................................................. 63 3.9.5. Fatiga de la Tubería Flexible ............................................................. 63 CAPITULO IV ...................................................................................................... 64 APLICACIÓN PRÁCTICA ................................................................................... 64 4.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................... 64 4.2. CARACTERÍSTICAS DEL CAMPO SIRARI (SIR) ................................... 64 4.3. PROGRAMA DE PERFORACIÓN .......................................................... 66 4.3.1. Sidetraking ........................................................................................ 68 4.3.1.1. Base de datos del pozo .............................................................. 68 4.3.1.2. Factores para el acondicionamiento del pozo ............................ 69 4.4. EQUIPO DE PERFORACIÓN PARA COILED TUBING .......................... 69 4.5. ARREGLO DE FONDO PROPUESTO (UNDERBALANCE) ................... 71 4.5.1. Equipos Superficiales ....................................................................... 71 4.5.2. Arreglo del BHA ................................................................................ 72 4.5.3. Programa de fluidos de perforación .................................................. 76 vii 4.5.4. Programa hidráulico .......................................................................... 79 4.5.5. Presión Hidrostática .......................................................................... 80 4.5.6. Características del lodo de perforación a utilizar ............................... 80 4.5.7. Hidráulica del pozo ........................................................................... 81 4.5.8. Caída de presión en la herramienta .................................................. 81 4.5.9. Caída de presión en el anular ........................................................... 82 4.6. MODELO DE ANÁLISIS NODAL PARA “GAS LIFT COILED TUBING”…….… ............................................................................................... 83 4.6.1. Análisis para el pozo Sirari D7 .......................................................... 84 4.6.2. Análisis nodal para el pozo Sirari D7 ................................................. 85 CAPITULO V ....................................................................................................... 87 EVALUACIÓN FINANCIERA .............................................................................. 87 5.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................... 87 5.2. COSTO DE PERFORACIÓN CONVECIONAL SIR D7 ........................... 87 5.3. COSTO DE PERFORACIÓN NO CONVECIONAL SIR D7 ..................... 88 5.4. ANÁLISIS DE COSTO DE PRODUCTOS TRATADOS Y PRODUCIDOS…… .......................................................................................... 90 5.5. FLUJO DE CAJA..................................................................................... 94 5.5.1. Evaluación de ratios financieros ........................................................ 95 5.5.1.1. Valor Actual Neto (VAN) ............................................................. 95 5.5.1.2. Tasa Interna de Retorno (TIR) ................................................... 95 CAPITULO VI ...................................................................................................... 97 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................... 97 6.1. CONCLUSIONES ................................................................................... 97 6.2. RECOMENDACIONES ........................................................................... 98 viii BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 99 ANEXOS .............................................................................................................102 ix ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1. Composición química de la TF fabricada de acero al carbón .............. 17 Tabla 3.1. Mínimo peso recomendado en el trepano ........................................... 60 Tabla 3.2. Diámetro de ensamble vs pérdida de presión ...................................... 63 Tabla 4.1. Datos obtenidos .................................................................................. 67 Tabla 4.2. Características técnicas del pozo ........................................................ 68 Tabla 4.3 Unidad de tubería Flexible .................................................................... 69 Tabla 4.4. Equipo de Intervención ........................................................................ 70 Tabla 4.5. Sistema de circulación......................................................................... 70 Tabla 4.6. Material Tubular ..................................................................................71 Tabla 4.7. Herramientas especiales ..................................................................... 71 Tabla 4.8. Programa de fluidos de perforación ..................................................... 79 Tabla 4.9. Características del lodo de perforación ............................................... 80 Tabla 4.10. Parámetros de perforación ................................................................ 81 Tabla 4.11. Resultados probabilísticos para el pozo SIR ..................................... 86 Tabla 5.1 Análisis de costos con perforación convencional .................................. 87 Tabla 5.2. Análisis de costos con perforación no convencional ........................... 89 Tabla 5.3. Costos de productos ........................................................................... 90 Tabla 5.4. Cálculo para la determinación del valor del gas en BTU...................... 91 Tabla 5.5. Tabla comparativa de método convencional y no convencional .......... 93 Tabla 5.6. Flujo de caja para el proyecto.............................................................. 94 x ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1. Unidad de Tubería Flexible ................................................................ 13 Figura 2.2 Maleabilidad de la lámina de acero ..................................................... 22 Figura 2.3. Lámina de acero pasando a través de los rodillos .............................. 23 Figura 2.4. Lámina enrollada para ser almacenada.............................................. 23 Figura 2.5. Rollos de lámina cortados al diámetro de tubería requerido ............... 24 Figura 2.6. Lamina enrollada en un carrete para luego ser utilizada .................... 24 Figura 2.7. Soldadura transversal de lámina “al sesgo” a 45º ............................... 25 Figura 2.8. Remoción de exceso de soldadura retirada con un esmeril ............... 25 Figura 2.9. Control de calidad de la lámina mediante una inspección moderada .. 26 Figura 2.10. Enrollado de la lámina para su almacenamiento ............................... 26 Figura 2.11. Conformación de la tubería para conformar la tubería flexible .......... 27 Figura 2.12. Unión de la lámina para conformar el tubo ....................................... 27 Figura 2.13. Tratamiento térmico en horno a 1600ºC ........................................... 28 Figura 2.14. Proceso de remoción de rebaba en la tubería .................................. 28 Figura 2.15. Inspección de la soldadura realizada en la tubería .......................... 29 Figura 2.16. Tratamiento térmico final a 1000ºC .................................................. 29 Figura 2.17. Prueba hidrostática para verificar el estado de la tuberia ................. 30 Figura 3.1. Conector de tubería flexible, válvula check, junta desprendible, lastra barrenas, herramientas de levantamiento, motor, barrena. .................................. 32 Figura 3.2. Conector de tubería flexible, CV, desconector, paquete de dirección e inclinación, herramienta de orientación, motor de fondo y barrena de perforación .......................................................................................................... .34 Figura 3.3. Componentes de la cavidad progresiva del motor de desplazamiento positivo ................................................................................................................. 39 Figura 3.4. Motor de turbina para la aplicación de tubería flexible ........................ 41 Figura 3.5. Trepano de conos .............................................................................. 44 Figura 3.6. Trepano de conos dentados ............................................................... 45 Figura 3.7. Trepano de inserto ............................................................................. 45 Figura 3.8. Barrena PDC – Barrena TSP ............................................................. 46 Figura 3.9. Unidad hibrida para perforar con Tuberia Flexible .............................. 49 xi Figura 3.10. Unidad de mástil fijo ......................................................................... 50 Figura 3.11. Inyector del equipo soportado bajo el mastil de una estructura ajustable… ........................................................................................................... 51 Figura 3.12. Equipo hibrido de un equipo de perforación de Tubería Flexible ...... 52 Figura 3.13. Sistema de eliminación de sólidos para la perforación con tubería flexible.................................................................................................................. 57 Figura 4.1. Campo Sirari mapa estructural al tope del reservirio Yantata ............. 65 Figura 4.2. Campo Sirari mapa estructural al tope del reservorio petaca D .......... 66 Figura 4.3. Esquema del Casing para SIR D7 ...................................................... 67 Figura 4.4. Configuración típica del equipo de fluido de perforación “UnderBalance”… ................................................................................................ 71 Figura 4.5. Arreglos de apertura de ventana ........................................................ 74 Figura 4.6. Arreglos de perforación para el tramo lateral ...................................... 77 Figura 4.7. Diseño del modelo de Gas lift............................................................. 83 Figura 4.8. Análisis nodal con evaluación probabilística ....................................... 84 Figura 4.9. Comportamiento de producción Pozo Sirari D7 .................................. 85 Figura 4.10. Diseño de análisis nodal con “gas lift coiled tubing” para el pozo SIR 7D ................................................................................................................. 86 ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 2.1. Composición de aleaciones en la fabricación de Tuberia Flexible .... 21 Cuadro 3.1. Velocidades anulares recomendadas ............................................... 62 Cuadro 4.1. Acondicionamiento del pozo ............................................................. 69 file:///D:/Doc.%20Juan%20Pablo/TRABAJO%20TESIS%20%20PROYECTOS/PETROLERA/Gus%20Sapingui/Proyecto/Corrección%20final%20Gus.docx%23_Toc28702093 file:///D:/Doc.%20Juan%20Pablo/TRABAJO%20TESIS%20%20PROYECTOS/PETROLERA/Gus%20Sapingui/Proyecto/Corrección%20final%20Gus.docx%23_Toc28702094 xii SIMBOLOGÍA API Instituto americano de petróleo ASTM Sociedad americana para prueba de materiales BHA Equipamiento de fondo del pozo BHCP presión de circulación en el fondo del pozo BHP Presión de fondo del pozo BOP Preventor de reventones Ce Costos operativos fijos del equipo de perforación (U$S/hora) Ct Costo del trépano (U$S) CO2 Dióxido de carbono CVD Agotamiento de volumen constante (Constant Volumen Depletion) D Profundidad perforada con el trépano (metros) ECD Densidad de circulación equivalente ECP Empacaduras externas EMT Telemetría electromagnética ESD Válvulas de cierre de emergencia EUR Reservas finales estimadas (Estimated Untimated Reserves) ft Pies °F Grados fahrenheit gal Galones GLR Relación gas líquido xiii GOR Relación gas petróleo gpm Galones por minuto h Horas in Pulgadas KCl Cloruro de potasio Km Kilómetros xiv RESUMEN EJECUTIVO El desarrollo tecnológico en la industria petrolera avanza y la tecnología de punta se asimila y se aplica en la mayoría de los países con el propósito de optimizar los procesos productivos, esto implica llevar a cabo una revisión de las tecnologías a nivel mundial, de manera que se disponga de información técnica en aquellas áreas que se requieran hacer innovaciones, para poder alcanzar los parámetros de eficiencia y productividad internacionales. La industria petrolera y los hidrocarburos representa la mayor fuente de ingresosen Bolivia, por ello es vital seguir en la búsqueda constante de novedosas técnicas y que se sigan introduciendo nuevas tecnologías, procesos y métodos de trabajo, los cuales ayuden a reducir los costos operacionales y a su vez incrementando la producción nacional de hidrocarburos principalmente el gas natural. Esta búsqueda ha dado como resultado una nueva alternativa tecnológica, denominada perforación con Coiled Tubing. Las operaciones con Coiled Tubing (Tubería Flexible) son cada día más frecuentes y conforme se van conociendo sus ventajas la aceptación va creciendo, esta tecnología está ayudando a resolver recientes y viejos problemas en los diversos trabajos que se realizan en pozos petroleros sobre todo en la perforación de pozos y se ha convertido en una técnica especial la cual sirve para ejecutar con mayor rapidez y precisión los trabajos y operaciones realizadas en los campos petrolíferos. Algunas de las principales ventajas de estas tuberías con respecto a las unidades convencionales de perforación y reparación de pozos son: rápida movilización, menores costos operacionales, aceleración de las operaciones (debido a que no es necesario efectuar interrupciones para realizar la conexión de tuberías) y la capacidad de bombear fluidos en cualquier momento sin importar la posición dentro del pozo. Debido a las ventajas de este tipo de tubería, estas resultan particularmente útiles para las siguientes aplicaciones: limpieza de pozos, operaciones de cementación, xv pesca, estimulación, inducción con nitrógeno, adquisición de registros de pozos, disparos, control de arena, operaciones de terminación, perforación, reentradas y limpieza con motor de fondo (molienda). En los últimos años los ingenieros y demás profesionales han notado que los pozos petroleros tienen una mayor dificultad para ser explotados por ser de difícil acceso en la mayoría de los casos, por eso es importante introducir nuevos procesos que disminuirán los costos operacionales y el tiempo requerido para realizar la perforación posteriormente todo esto ayudara a aumentar considerablemente la producción y la vida de los pozos, ya sean verticales, desviados o totalmente horizontales. El objetivo de este proyecto es, difundir la aplicación de Coiled Tubing en la perforación de pozos para la posterior producción de hidrocarburos. Y, el pozo seleccionado para la aplicación es el pozo SIRARI 7D. La perforación con tubería flexible emplea una columna continua y un equipo especializado con el cual realiza la perforación. En vez de perforar con diferentes juntas de tubería de perforación tradicional rígida y de gran diámetro, la columna de perforación se compone de una tubería flexible de diámetro más pequeño. A diferencia de la tubería de perforación, la cual debe ser enroscada para formar la columna de perforación y desconectada en grupos de tubos que son estibados en la torre de perforación durante los viajes, esta tubería viene en un carrete que se desenrolla a medida que la perforación progresa, y es reenrollada en su carrete durante los viajes. Para lograr lo anterior, se describen los componentes principales del equipo, el proceso de fabricación, las normas de seguridad y la política en la aplicación de los servicios, las herramientas de fondo que se utilizan para realizar la aplicación y operación de la tubería flexible. En el desarrollo secuencial se presentan primeramente de manera concreta y detallada todos los conceptos y definiciones necesarias que debemos tener presente para lograr un claro entendimiento de las técnicas aplicadas en el proceso de perforación con la tecnología Coiled Tubing. 1 CAPITULO I GENERALIDADES 1.1. INTRODUCCIÓN La alta demanda de hidrocarburos y los pocos hallazgos nos llevan a buscar nuevas tecnologías y a investigar cómo aprovechar al máximo las reservas ya existentes. Es por esto que los esfuerzos de los ingenieros y demás profesionales involucrados en las actividades de exploración y explotación de un campo productor de petróleo, deben estar encaminados a este propósito. El desarrollo tecnológico en la industria petrolera avanza y la tecnología de punta se asimila y se aplica en la mayoría de los países con el propósito de optimizar los procesos productivos, esto implica llevar a cabo una revisión de las tecnologías a nivel mundial, de manera que se disponga de información técnica en aquellas áreas que se requieran hacer innovaciones, para poder alcanzar los parámetros de eficiencia y productividad internacionales. Las operaciones con Coiled Tubing (Tubería Flexible) son cada día más frecuentes y conforme se van conociendo sus ventajas la aceptación va creciendo, esta tecnología está ayudando a resolver recientes y viejos problemas en los diversos trabajos que se realizan en pozos petroleros sobre todo en la perforación de pozos y se ha convertido en una técnica especial la cual sirve para ejecutar con mayor rapidez y precisión los trabajos y operaciones realizadas en los campos petrolíferos, siendo un factor importante el aumento de la capacidad de producción de un pozo de petróleo. Este proyecto está enfocado en dar una descripción de la perforación con la tecnología Coiled Tubing en un pozo y determinar su viabilidad técnica y económica aplicada a un campo. Inicialmente se describe datos generales y descripción de los equipos utilizados, posterior a ello se realiza la descripción de la tecnología de perforación Coiled Tubing, después se realiza la aplicación de Coiled Tubing y un estudio de los aspectos técnico, económico y ambiental. 2 Finalmente se analizan los aspectos técnico, ambiental, económico para la viabilidad de aplicación en el Campo 1.2. ANTECEDENTES La Introducción de la tubería flexible a la industria petrolera se presentó al inicio de la década de los 60’s, se utilizó tubería flexible (CT, por sus siglas en inglés) para lavar arena, recuperar válvulas de seguridad de fondo de pozo y extraer fluidos de pozos con nitrógeno. Posteriormente, las aplicaciones TF se expandieron para incluir tratamientos ácidos y tratamientos por fracturamiento hidráulico, bajada de herramientas, cambios de tuberías, perforación, levantamiento artificial, y terminación de pozos. Su utilización fue limitada debido a los altos costos. Actualmente, el uso de la TF ha adquirido un mayor auge en la industria petrolera mundial, debido al desarrollo de nuevas tecnologías y procesos de fabricación la aplicación de la TF en operaciones de reparación, perforación y terminación de pozos, se debe al ahorro de tiempo y disminución de costos, manifestándose en la facilidad de transporte, adaptación del equipo a lugares reducidos, equipo con menor número de componentes, simplificación de operaciones, desarrollo de herramientas especiales, operaciones más eficientes, recolección de datos en tiempo real, conservación del medio ambiente. La capacidad de efectuar trabajos de reparación fue la clave para impulsar el desarrollo de la TF. La tubería flexible (TF), tuvo sus principios de aplicación durante la Segunda Guerra Mundial antes de la invasión aliada en 1944, los ingenieros británicos desarrollaron y fabricaron tuberías muy largas y continuas. Para transportar combustible desde Inglaterra a la Europa continental y abastecer a los ejércitos aliados. El proyecto recibió el nombre de operación “PLUTO”, un acrónimo para “tubería bajo el océano” e involucraba la fabricación e instalación de líneas de conducción a lo largo del Canal de la Mancha. La versatilidad de ésta es que se enrolla con rapidez en los carretes ubicados en la superficie de embarcaciones. El éxito de la fabricación y el enrollado rápido de la tubería flexible continua, favoreció para realizar las bases 3 técnicas, que llevaron al desarrollo y fabricación de las sartas de tubería flexible actual, utilizadas en laindustria petrolera. Entre la década de 1960 y de 1970, Bowen Tools, Uni-Flex, Brown Oil Tools, Hydra Ring Inc. y Otis Engineering, lograron mejoras en el equipo de T.F. y grandes avances en el cabezal inyector, continuaron mejorando, modificando y aumentando la capacidad de sus respectivos diseños, se desarrollaron nuevas técnicas que permitieron que las sartas de tubería flexible fueran fabricadas en longitudes mucho más largas. En 1964 las compañías California Oil y Bowen Tools, desarrollaron la primera unidad que opero de tubería flexible, efectuando su primer trabajo completamente funcional en la limpieza de arena en varios pozos de la costa del Golfo. Los últimos años de la década de 1970 y el comienzo de la década de 1980 constituyeron un punto de inflexión para la tubería flexible que hasta ese momento se fresaba o se formaba en secciones de 457 m [1.500 pies]. En 1978, el mejoramiento de la calidad de fabricación y el fresado continuo permitieron la fabricación de tubos de 1 ¼ pulgadas de diámetro exterior. Los primeros años de la década de 1980 fueron testigos de la introducción de la tubería flexible de 1 ½ y 1 ¾ pulgadas de diámetro exterior. En 1983, Quality Tubing Inc. comenzó a utilizar láminas de acero japonés de 914 m [3.000 pies] para reducir la cantidad de soldaduras requeridas en un 50%. Más adelante en el transcurso de la década de 1980, Quality Tubing introdujo la soldadura inclinada para eliminar las soldaduras a tope. En 1990, se armó la primera sarta de tubería flexible de 2 pulgadas para la terminación permanente de un pozo. Inmediatamente después de ese evento, los proveedores comenzaron a fabricar tuberías de diámetros exteriores de 2 3/8, 2 5/8, 2 7/8, 3 ½ y 4 ½ pulgadas para aplicaciones de servicios de pozos. En la actualidad, las tuberías flexibles se fabrican con acero de alto límite elástico de 90, 100, 110 y 120 Kpsi, y aleaciones resistentes a la corrosión. La disponibilidad de aceros de mayor resistencia, diámetros más grandes y la necesidad de reducir los costos 4 fueron factores claves que subyacieron la revolución de la TF en la década de los años 90 y que posteriormente dieron cuenta del aumento extraordinario de las operaciones de intervenciones de pozos concéntricas o bajadas a través de la tubería de producción. 1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.3.1. Identificación del Problema Los países del mundo están inmersos en un proceso de búsqueda de opciones tecnológicas que permitan satisfacer los requerimientos energéticos de la humanidad, buscando la armonía con el medio ambiente y considerando factores de desarrolló que resulten rentables, y es así que la tecnología Coiled Tubing tuvo un surgimiento tecnológico y esta tecnología tiene muchas ventajas al momento de su uso, es así que se lo usa en muchas operaciones en la industria petrolera. El equipo reducido hace que sus operaciones sean particulares en sitios donde se exija un bajo impacto sobre el medio ambiente. Un equipo de perforación convencional requiere por lo menos 4 veces la superficie, de las medidas y peso de cada parte de un equipo Coiled Tubing, el peso del equipo y de la sarta de perforación es mucho menor en la tecnología Coiled Tubing que en la perforación convencional. A su vez el equipo reducido permite una disminución notable en la cantidad de operarios o tripulación que se requieren en cada actividad, disminuyendo así el impacto que tendría algún accidente y el malgasto excesivo del talento humano. Durante la producción del pozo SIR 7D, se encuentra en depletación, teniendo el objetivo principal las areniscas Petaca, Yantata y Sara un gran potencial hidrocarburífero. Las razones del abandono están dadas en forma general por políticas internas de la empresa operadora que detuvo la inversión en el desarrollo del pozo. 5 En este proyecto se desea dar una propuesta simple y concisa basada en el aspecto ingenieril para la reapertura del pozo y su posterior desarrollo para aportar en la explotación del campo Sirari. 1.3.2. Formulación del Problema La industria del petróleo y del gas ha estado experimentando en forma continua con el uso de la tecnología de perforación Coiled Tubing para reducir los costos de perforación y mejorar los resultados de producción y exploración. ¿Por qué y cómo puedo perforar con Coiled Tubing con el método bajo balance, de una manera segura, viable y evitar dañar el reservorio? La respuesta se divide en 2 partes, la primera es muy simple y básicamente es conseguir mejores resultados económicos y la segunda es reducir los costos del proyecto sobre los costos ya estimados en un proyecto convencional. 1.4. OBJETIVOS 1.4.1. Objetivo General Realizar el análisis de la perforación de un pozo con método no convencional utilizando la tecnología Coiled Tubing para tal objetivo y analizar los distintos aspectos durante su desarrollo. 1.4.2. Objetivos Específicos • Posibilitar la realización de soluciones globales, con la utilización de la tecnología Coiled Tubing • Realizar una comparación de la aplicación de la tecnología Coiled Tubing y una perforación convencional para así poder ver los beneficios y denotando los principales problemas operacionales que esta tecnología nos proporciona. • Realizar una descripción detallada de los equipos y métodos utilizados que requiere este método no convencional. 6 • Conseguir mejores resultados económicos y reducir los costos del proyecto de la implementación de la tecnología Coiled Tubing sobre los ya estimados en un proyecto convencional. • Verificar la viabilidad para la implementación de este proyecto. 1.5. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO 1.5.1. Justificación Técnica Durante el último medio siglo, la industria del petróleo y del gas ha estado utilizando en forma continua la tecnología de perforación Coiled Tubing para mejorar los resultados de exploración y explotación, para conseguir mejores resultados económicos y reducir los costos del proyecto sobre los ya estimados en un proyecto convencional, fundamentados principalmente en el uso de diámetros reducidos, tamaños más pequeños en los equipos de perforación, menos cemento, menos fluidos de perforación y menor disposición de ripios, así como la capacidad de perforar el pozo y completarlo en un periodo de tiempo más corto. En este trabajo se propone la viabilidad de aplicar la perforación con la tecnología Coiled Tubing para un pozo de desarrollo. El propósito de este trabajo es ver la aplicabilidad para incrementar las reservas a un bajo costo de explotación y un periodo de tiempo menor de operación comparado con la perforación convencional en Bolivia, teniendo en cuenta la preparación adecuada y cumplimiento de los requerimientos técnicos que implica la tecnología para garantizar un programa de campo seguro y eficiente, teniendo en cuenta sus grandes ventajas técnicas, económicas y ambientales. 1.5.2. Justificación Económica Los pozos perforados con Coiled Tubing ofrecen un potencial para reducir significativamente los costos de perforación. Este ahorro es importante para el estado actual de las condiciones económicas de la industria petrolera debido a la reducción de presupuestos de capital. 7 La reducción en los costos de un pozo perforado con Coiled Tubing está entre el 25% y el 45% para la exploración de pozos lejanos o en zonas remotas y de un 15% a 30% para los pozos en desarrollo comparados con los pozos convencionales. Se pueden alcanzar por las siguientes razones: • Menor inversión de capital • El uso de equipos más pequeños de perforación y/o workover • Reducción en el tamaño del casing y los costos • Locaciones más pequeñas • Reducción de ripios, brocas, lodo, cementación y costos de combustible asociados con el tamaño del hueco. 1.5.3. Justificación Ambiental El impacto ambiental es uno de losproblemas principales al realizar perforaciones, teniendo en cuenta que este aspecto cada día se vuelve más importante, la tecnología Coiled Tubing brinda la oportunidad de reducir al mínimo los residuos y brinda mejores resultados en el impacto ambiental. El uso de la tecnología Coiled Tubing en la mayor parte de los casos reduce área de asentamiento del equipo, potencia requerida, consumo de combustible, lodo y desechos de perforación, emisiones de gases, ruido, transporte, entre otros. Dada la diferencia de masa gravitacional medida en toneladas en los equipos y maquinarias utilizadas, la tecnología Coiled Tubing también disminuye las emisiones a la atmosfera porque requiere menos potencia para su funcionamiento. Otro aspecto de los principales beneficios que brinda la tecnología de perforación Coiled Tubing sobre la perforación convencional de pozos es la reducción de emisiones de ruido. Es un factor muy ventajoso cuando se perfora cerca a zonas residenciales. Al existir menor cantidad de residuos, lodo, recortes, emisiones de gases y ruido el uso de esta tecnología es ecológicamente amigable para el ambiente preservando 8 más áreas verdes y causando menos daños de lo que se haría con la tecnología convencional. 1.6. ALCANCE 1.6.1. Alcance Temático La aplicación de este proyecto está dirigido hacia el área de perforación, donde se podrá demostrar las ventajas que presenta el uso de la tecnología Coiled Tubing, y se podrá verificar las posibles soluciones globales mediante la utilización de esta tecnología en comparación con la perforación convencional. Durante la perforación del pozo SIR 7D se ha observado que los costos de la perforación con tecnología convencional fueron altos y se plantea el uso de la tecnología Coiled Tubing para comparar las ventajas de la aplicación de esta tecnología viendo la disminución tanto de costos, personal, equipos y daños ambientales. Actualmente la producción de hidrocarburos se enfoca en los campos maduros por la poca cantidad de hallazgos petrolíferos. En este trabajo se propone la viabilidad de aplicar la tecnología Coiled Tubing. El propósito de este trabajo es ver la aplicabilidad para incrementar las reservas a un bajo costo de explotación y un periodo de tiempo menor de operación comparado con la perforación convencional en Bolivia, teniendo en cuenta la preparación adecuada y cumplimiento de los requerimientos técnicos que implica la tecnología para garantizar un programa de campo seguro y eficiente, teniendo en cuenta sus grandes ventajas técnicas, económicas y ambientales. En primer lugar, se describe la tecnología de perforación Coiled Tubing, posterior a esto se realiza un estudio comparativo en los aspectos técnico, económico y ambiental respecto a la tecnología de perforación convencional. Finalmente se analizan los aspectos técnico, ambiental y económico para la viabilidad de aplicación. 9 1.6.2. Alcance geográfico El presente proyecto se lleva a cabo en el campo Sirari ubicado en el departamento de Santa Cruz, a unos 216 Km de la ciudad de Santa Cruz de la Sierra, precisamente en el bloque Boomerang Hill, se caracteriza por ser un yacimiento productor de gas – condensado de 72º API, es la planta principal de dicho bloque, el cual comprende además los campos Víbora, Yapacaní y Arroyo Negro con una extensión de más de 40000 metros cuadrados de superficie, el campo Sirari actualmente cuenta con pozos que están cerrados, pero una mayoría está en producción. El objetivo es el de drenar áreas de la formación Petaca y Sara, optimizando así también la producción en la arena Yantata, dándole así una nueva vida al pozo mencionado anteriormente, incrementando la producción de hidrocarburos del campo. 10 CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1. TUBERÍA FLEXIBLE La Tubería Flexible electro-soldada, fabricada con una costura longitudinal única formada por soldadura de inducción de alta frecuencia, sin adición de material de relleno, se define como cualquier producto tubular fabricado de manera continua en longitudes que requieren que sea enrollado en un carretel durante el proceso de fabricación. La tubería se endereza antes de introducirla en el pozo y se enrolla nuevamente en el carretel al sacarla. Los diámetros generalmente varían entre 0.75 y 6.0 pulgadas, y se comercializan en carreteles sencillos, en longitudes que exceden los 30,000 pies en aceros que han soportado fuerzas desde 55,000 PSI hasta 120.000 PSI. Con el uso de la tubería flexible se busca maximizar la rentabilidad, disminuir los tiempos de ejecución y operación de pozos, al igual que reducir los costos de operación, perforación y reparación de los pozos. Por otro lado, este tipo de tubería nos permite que se lleven a cabo operaciones en los pozos sin tener que extraer la tubería de producción. 2.1.1. Descripción La TF es enrollada en un carrete para su conservación y transporte. Las sartas de TF pueden tener una longitud de 9450 metros o más, según el tamaño del carrete y los diámetros de la tubería, que oscilan entre ¾ y 6 ⅝ pulgadas. Cualquier operación con fines de mantenimiento o reparación de un pozo constituye un evento importante en su vida productiva. En muchos casos, una operación requiere la remoción y el reemplazo de la sarta de producción después de montar un equipo de terminación/reparación y matar el pozo. Para evitar los problemas de producción y los costos asociados con estas actividades, muchos operadores recurren a la tecnología de TF para posibilitar la ejecución de tareas de reparación en pozos activos. Esta tecnología permite desplegar herramientas y materiales a 11 través de la tubería de producción o la tubería de revestimiento existente, mientras el pozo sigue produciendo. En el centro de cualquier operación de superficie con TF se encuentra una unidad de TF en la cual se enrolla una sección continua de tubería de acero flexible. Durante el transporte a la localización del pozo, esta tubería permanece enrollada en un carrete de almacenamiento. A medida que se desenrolla del carrete de almacenamiento, pasa a través de un tubo con forma de cuello de ganso y se endereza justo antes de ingresar en el pozo. Al final de la operación, la TF se extrae del pozo y se vuelve a enrollar en el carrete. Un cabezal de inyección remueve la sarta de TF del carrete y la baja en el pozo. Desde la cabina del equipo de TF, el operador controla el cabezal de inyección, accionado hidráulicamente, para regular el movimiento y la profundidad de la sarta de TF. Un stripper, colocado por debajo del cabezal del inyector, proporciona un sello dinámico alrededor de la sarta de producción, es un elemento clave para bajar y extraer con seguridad la sarta de tubería flexible del pozo. Un conjunto de preventores (BOP), colocado entre el estopero y el cabezal del pozo, provee las funciones de control de presión. La operación es monitoreada y coordinada desde la cabina de control del equipo de TF. El concepto de las operaciones de servicios en pozos con tubería flexible, requiere que la longitud continua de tubería se sujete a ciclos repetidos de tendido y envoltura durante su vida útil. La tubería almacenada en un carrete de servicio se desenvuelve dentro del pozo a la profundidad designada y luego se recupera de regreso al carrete de servicio, para su almacenamiento y transporte a la próxima ubicación de trabajo. La vida útil de trabajo de la tubería flexible puede ser definida como la duración del servicio que puede brindar una sarta de tubería continua cuando es sometida a los siguientes factores: • Ciclo de Fatiga por Doblado 12 • Carga de Presión Interna • Carga Axial Aplicada • Corrosión • Daños Mecánicos Todos estos actúan sobre la tubería flexible de una u otra manera durante algún tipo de servicio con tubería flexible y contribuyena la eventual falla mecánica del tubo. Para asegurar operaciones seguras y confiables en el sitio del pozo, el usuario debe entender el comportamiento único de la tubería flexible para minimizar las posibilidades de falla del tubo. Debe tomarse numerosas decisiones durante la vida útil de una sarta de tubería flexible para lograr la máxima vida útil remanente. Desde este enfoque, la decisión de retirar de servicio la tubería, debe tomarse sobre la base de las condiciones reales de la tubería y su historial de servicios. Una carga de compresión sobre la tubería flexible puede ocurrir durante muchas operaciones de servicio donde los efectos continuados de la presión del cabezal de pozo, la presión en el elemento stripper y otras fuerzas relativas pueden suceder simultáneamente. Con la necesidad de aplicar cargas de compresión en aumento sobre la tubería flexible, el pandeo en la superficie se ha convertido en un problema importante. Debido a los efectos de la fatiga del ciclo de dobladura y las fallas de alineamiento de las fuerzas axiales que cargan el tubo, la resistencia al pandeo de la tubería flexible, debería disminuirse con relación a los valores calculados cuando se usan las ecuaciones de pandeo para calcular las fuerzas de pandeo convencionales en la tubería por tramos. La fuerza requerida para inducir el pandeo en la tubería flexible, depende de las características del material, la geometría del tubo flexible, (tales como el diámetro exterior, espesor de pared, y ovalidad), y los esfuerzos residuales dentro del tubo. Cada diseño de inyector de tubo flexible tiene una longitud mínima de tubo no apoyado, que es la porción del tubo entre el último bloque de sujeción completamente enganchado y la parte de superior del stripper energizado. Al efectuar servicios donde se anticipan cargas mínimas de inserción, la longitud de tubo no apoyada es generalmente un problema menor. Sin embargo, donde se 13 espera grandes cargas de inserción, deberá incorporarse una guía antipandeo dentro del mecanismo del inyector para proveer apoyo lateral adicional al cuerpo del tubo. La guía antipandeo restringe las tendencias al pandeo del segmento de la tubería flexible ubicado entre el bloque de sujeción del inyector completamente enganchado que se encuentre más abajo, y la parte superior del stripper, aumentando significativamente los límites de carga de inserción. El análisis de cargas de compresión sobre la tubería flexible, así como los límites operativos asignados, son componentes principales de un diseño de servicios de pozos apropiado. Figura 2.1. Unidad de Tubería Flexible Fuente: Schlumberger Oilfield Services 14 2.1.2. Elementos Clave en la Unidad de Tubería Flexible La unidad de Tubería Flexible está formada por un conjunto completo de equipos necesarios para llevar a cabo actividades estándar en el campo, en operaciones con tubería continua. La unidad consiste de cuatro elementos básicos: • Carrete: para el almacenamiento y transporte de la TF. • Cabezal de inyección: para suministrar desde superficie la fuerza necesaria para introducir y retirar la TF. • Cabina de control: desde la cual el operador del equipo monitorea y controla la TF. • El conjunto de potencia: para generar la potencia hidráulica y neumática requerida para operar la unidad de TF. 2.1.3. VENTAJAS POTENCIALES DE LA PERFORACION CON TUBERIA FLEXIBLE ➢ Menor daño a la formación. La perforación puede realizarse bajo balance, ayudando a prevenir el daño. ➢ Reducción del tiempo de perforación. Los tiempos de viaje son más cortos, debido a que se elimina la necesidad de conectar tuberías. Esto implica reducción de costos. ➢ La tubería continua puede ser usada como tubería de perforación y de completación. ➢ Equipo compacto. Las operaciones de perforación con tubería continua requieren menos del 10% del equipo requerido para movilizar o mudar un taladro convencional. ➢ Aplicaciones en hoyos estrechos. En trabajos de hoyos estrechos, el equipo de tubería continua utiliza menor volumen de fluidos y produce menor cantidad de ripios, contribuyendo así a la reducción de problemas de disposición de efluentes. ➢ Reducción de impacto ambiental. 15 2.1.4. Limitaciones de la Perforación con Tubería Flexible ➢ Vida de la sarta. ➢ 2 3/8” CT y mayor, tiene límite en la vida de trabajo, debido a la fatiga. ➢ Profundidad, tamaño y longitud del hoyo. ➢ Coiled Tubing está limitado por el peso sobre la mecha. ➢ Manejo de tubería enroscada. ➢ Tamaño y peso de la sarta. ➢ Los carretes exceden en muchos casos los pesos permitidos para el transporte. 2.1.5. Aplicación de Tubería Flexible El uso de la TF continúa en crecimiento más allá de su empleo en la típica limpieza y la estimulación con ácido. Este crecimiento puede atribuirse a una multitud de factores, incluyendo los avances en la tecnología y materiales de la TF, así como al énfasis cada vez mayor en pozos con secciones horizontales o altamente desviadas. La relación de los usos de la TF (que aparece a continuación) se suministra como un "desafío al pensamiento" para crear operaciones adicionales, en las cuales la TF pueda ser benéfica para los futuros trabajos de campo. Utilizaciones avanzadas ➢ Perforación con tubería enrollada (TF) ➢ Fracturamiento ➢ Operaciones submarinas ➢ Pozos profundos ➢ Oleoductos, gasoductos, líneas de flujo Utilizaciones rutinarias ➢ Descarga de pozos. ➢ Limpieza ➢ Acidificaciones o Estimulaciones 16 ➢ Sartas de velocidad ➢ Operaciones de pesca ➢ Desplazamiento de herramientas ➢ Registro de pozos (en tiempo real o con memorias) ➢ Asentamiento o recuperación de tapones 2.2. GENERALIDADES DE LA TUBERÍA FLEXIBLE La TF tuvo su inicio durante la Segunda Guerra Mundial, para la aplicación del proyecto denominado PLUTO, el cual tenía como objetivo el abastecimiento de combustible a los aliados a través del fondo del Mar Mediterráneo. Este proyecto consistió en el tendido de una tubería, cuyas características se adaptarían al fondo marino, con la finalidad de no obstruir el paso a submarinos, además que dicha tubería fuese flexible y capaz de enrollarse con rapidez y facilidad de colocación desde carretes ubicados en la superficie de las embarcaciones. El tubo fue construido de plomo con una cubierta de malla de acero para soportar los diferentes esfuerzos a los que se sometió. Posteriormente, cuando se deslumbro su aplicación con fines industriales y hasta mediados de la época de los 80’s, su utilización fue limitada debido a los altos costos, ya que no se contaba con nuevas tecnologías en los materiales de fabricación, así como de los modelos matemáticos de operación, limitándose sólo a producir diámetros pequeños, por lo que no cumplían las necesidades en la industria petrolera. Hoy en día, el uso de la TF ha adquirido un mayor auge debido al desarrollo de nuevas tecnologías, procesos de fabricación y aplicación de herramientas, para ello se considera conveniente describir el proceso de fabricación. La fabricación de TF involucra varios pasos. La siguiente es una visión de los componentes clave involucrados en el proceso de fabricación. ➢ Materia prima para el TF ➢ Fabricación del TF 17 ➢ Comportamiento mecánico de la TF ➢ Diseño de una sarta de TF ➢ Herramientas de inspección de TF ➢ Reparaciones y uniones ➢ Alternativas al acero y al carbón en la TF 2.2.1. Materia Prima Toda la tubería enrollada que se usa hoy en día comienza como grandes rollos de lámina de aleación de acero baja en carbón. Los rollos pueden ser de hasta 55 pulgadas de ancho y pesar más de 24 toneladas. La longitud de lámina en cada rollo depende del espesor de la misma y varía desde 3.500 pies para un calibre de 0,087 pulgadas, hasta 1.000 pies para un calibre de 0,250 pulgadas. Los nuevos avances en tecnología de tuberíasflexibles se han logrado a través de cambios en la química del acero. Los dos tipos de material para su fabricación son: ➢ Acero al carbón convencional. ➢ Tubería flexible de titanio. 2.2.1.1. Acero al Carbón Convencional El acero al carbón convencional en TF es más que adecuado para cumplir los requerimientos en la mayoría de las operaciones en campo. Normalmente las sartas de TF se fabrican del material de acero con baja aleación de carbón, la composición de este material es la siguiente. Ver tabla 2.1. Tabla 2.1. Composición química de la TF fabricada de acero al carbón Componente % en Peso Componente % en Peso Carbón 0.10 a 0.15 Cromo 0.55 a 0.70 Manganeso 0.60 a 0.90 Cobre 0.20 a 0.40 Fosforo 0.25 Máximo Níquel 0.25 Máximo Sulfuro 0.005 Máximo Hierro 96.8 a 98 Silicón 0.30 a 0.50 Fuente: Coiled Tubing Technology 18 Si se tiene una tubería con alto contenido en carbón se tendrá una tubería con alta resistencia, baja ductibilidad y baja resistencia al H2S. Mientras que si se tiene una tubería con bajo contenido en carbón será una tubería con baja resistencia, alta ductibilidad y alta resistencia al H2S. Incrementando la cantidad de Níquel se incrementa la resistencia, pero se reduce la ductibilidad y la resistencia al H2S. El incremento en cantidad de Cromo y Cobre incrementa la resistencia del material sin afectar la ductibilidad. El incremento de dióxido de azufre reduce la resistencia al H2S. Sin embargo, algunos ambientes corrosivos en el fondo del pozo recomiendan el uso de materiales para TF mejorados. El material QT-16Cr es una aleación nueva resistente a la corrosión que se desarrolló específicamente para una exposición de larga duración a ambientes húmedos o en presencia de H2S y CO2. El material QT- 16Cr se introdujo comercialmente a principios del año 2003, y más de 30 sartas de tubería estaban en servicio un año más tarde. El atractivo comercial del QT-16Cr va más allá de sus características favorables de resistencia a la corrosión. El material también ha exhibido una mejoría en la resistencia a la abrasión, así como también ha demostrado un mejor ciclo de vida de fatiga cuando se compara con su equivalente en acero carbón. Estos datos indican que este material puede ser un excelente candidato para ser empleado para Tubería Flexible. 2.2.1.2. Tubería Flexible de Titanio Ciertas propiedades básicas de las aleaciones con titanio lo hacen adecuado para aplicaciones específicas en la industria petrolera. Estas incluyen una alta relación resistencia/peso, excelente resistencia a la corrosión en ambientes con H2S, bajo módulo de elasticidad y una excelente resistencia a la fatiga. Actualmente son las aleaciones de mayor interés en la TF. La tubería de titanio grado 12 está compuesta por 99% de titanio, 0.7% de níquel y 0.3% de molibdeno. 19 La mayor resistencia de la tubería de grado 9 es resultado de un contenido de aleación alto 94.5 de titanio, 3% de aluminio y 2.5% de vanadio. La alta relación resistencia/peso del titanio permite introducir la sarta a mayor profundidad y un peso menor del conjunto de la sarta, comparada con la tubería de acero convencional. La longitud máxima de sarta (antes de que se rompa por su propio peso) para el titanio es considerablemente mayor que para una sarta de acero. El titanio ofrece mayor capacidad en zonas de mayor penetración y resistencia en ambientes con CO2. La desventaja principal del titanio es su costo, la sarta de titanio es 6 o 7 veces más cara que la de acero, otra desventaja es la debilidad del titanio frente al ácido clorhídrico. Para contrarrestar esta desventaja existen inhibidores para el ácido clorhídrico. La tubería flexible de acero no es capaz de soportar su propio peso por encima de 9000 metros. En este caso, el titanio es el mejor candidato a considerar debido a su alta resistencia y baja densidad. Sin embargo, a partir de los análisis que se han llevado a cabo, una reducción en los costos de los componentes de la tubería de titanio podría desembocar en un desarrollo más práctico. 2.2.1.3. Tubería Flexible De Alta Resistencia Debido a las necesidades de la industria petrolera, ha sido necesario incrementar el rango de presiones y profundidades de trabajo, a fin de satisfacer estas, se desarrolló un nuevo grado de tubería con una resistencia mínima a la cedencia de 120,000 psi, que se logró con una nueva técnica de tratamiento térmico. El desarrollo inicial de la tubería considero la necesidad de mantener una resistencia adecuada al agrietamiento por acción del ácido sulfhídrico y la necesidad de una nueva técnica de fabricación, que permitiera, además, reparar la tubería cuando fuera necesario. 20 Al elevar la resistencia de la TF de 70,000 a 120,000 psi se expandió la variedad de servicios sujetos a las siguientes condiciones: ➢ Incremento de la carga permitida. ➢ Incremento en la profundidad de operación. ➢ Incremento en la presión de operación y resistencia al colapso 2.2.2. Fabricación A finales de los 60’s y comienzos de los 70’s, tanto la Bowen Tools, como la Brown Oil Tools continuaron mejorando sus diseños para adecuarlos a tuberías flexibles de hasta 1 pulgada de diámetro externo. A mediados de los 70’s, más de 200 de las unidades de TF diseñadas originalmente estaban en servicio. A finales de los 70’s, varias compañías fabricantes (Uni-Flex Inc., Otis Engineering e Hydra Rig Inc.) también comenzaron a influir en el diseño de cabezales de inyección mejorados. Las sartas de TF también estaban experimentando mejoras sustantivas durante este mismo periodo. A finales de los años 60’s los servicios de TF estaban dominados por tamaños de tubería de una pulgada o menos, y en sartas de tubería relativamente cortas. Los diámetros de las tuberías y su longitud estaban limitados por las propiedades mecánicas de los procesos de fabricación disponibles. Las operaciones iniciales con TF experimentaron múltiples fallas debido a la inconsistencia en la calidad de la tubería y la gran cantidad de soldaduras de tope requeridas para obtener la longitud apropiada de la sarta. Sin embargo, a finales de los 60’s, las sartas de tubería se estaban fabricando en longitudes mucho mayores, con menos soldaduras de tope por sarta. Durante este periodo, las propiedades del acero también mejoraron. Estos cambios, y las mejoras asociadas con la confiabilidad de la sarta de TF, contribuyeron en gran forma al crecimiento continuo de la industria de la TF. Actualmente, los diámetros de la TF han seguido aumentando para mantenerse al paso con los requisitos de resistencia asociados con las nuevas demandas del mercado. Es claro que la industria de TF ha continuado haciendo avances que han abierto nuevos mercados para la utilización 21 de la tecnología. Este progreso ha servido para hacer de la TF una solución aún más atractiva en aplicaciones tempranas. 2.2.2.1. Proceso De Fabricación Las siguientes compañías son los mayores fabricantes de Coiled Tubing en la actualidad: Precision Tube Technology, Quality Tubing, Inc., y la Southwestern Pipe, los cuales utilizan un proceso de fabricación similar. Cuadro 2.1. Composición de aleaciones en la fabricación de TF Fuente: Coiled Tubing Technology La tubería flexible es fabricada con una franja o tira de lámina de acero al bajo carbón y por lo consiguiente de baja resistencia y propensa al ataque del medio ambiente. Para mejorar lo anterior en su aleación se agrega otro metal como el níquel, logrando con esto un incremento en la resistencia, aunque con esto se reduce su resistencia al ataque del ácido sulfhídrico (H2S). De nuevas investigaciones se descubrió que al agregar cromo y cobre aumenta su resistencia a la tensión y no se reduce la ductibilidad de la misma; en cuanto a las propiedades físicas de la TF se logró un aumento a su resistencia por medio de lostratamientos térmicos. Como ya se mencionó, respecto a los materiales que integran las aleaciones en la fabricación de la lámina, material base para formar el tubo, es necesario el control de calidad mediante análisis químicos para verificar su composición, además de 22 efectuar una inspección visual con la medición del ancho y espesor de pared. Las propiedades físicas de la T.F. logran un aumento en su resistencia por medio de los tratamientos térmicos. Como ya se mencionó, respecto a los materiales que integran las aleaciones en la fabricación de la lámina, material base para formar el tubo, es necesario el control de calidad mediante análisis químicos para verificar su composición, además de efectuar una inspección visual con la medición del ancho y espesor de pared. 2.2.2.2. Proceso de Fabricación de la Lámina Paso 1. Al ser adquirida la Materia Prima de Acero proporcionado en planchas de 48 pulgadas de ancho, las cuales son envueltas en rollos de aproximadamente 1100 metros, pasa a través de un horno a alta temperatura, con la finalidad de que el acero se vuelva maleable para continuar con el proceso de manufactura. Ver Figura 2.2. Figura 2.2. Maleabilidad de la lámina de acero Fuente: Coiled Tubing Technology Paso 2. Una vez manejable la lámina de acero pasa a través de los rodillos de los cuales le darán el espesor requerido. Posteriormente la lámina es enfriada con aire. Ver Figura 2.3. 23 Figura 2.3. Lámina de acero pasando a través de los rodillos Fuente: Coiled Tubing Technology Paso 3. Después de ser enfriada la lámina es enrollada en un carrete para ser almacenada como se muestra en la figura. Figura 2.4. Lámina enrollada para ser almacenada Fuente: Coiled Tubing Technology Estos rollos se cortan de acuerdo al diámetro de la tubería que se va a fabricar. Ver Figura 2.5 24 Figura 2.5. Rollos de lámina cortados al diámetro de tubería requerido Fuente: Coiled Tubing Technology 2.2.2.3. Proceso de Soldadura de la Lámina La lámina cortada es desenrollada como se muestra en la figura. Figura 2.6. Lamina enrollada en un carrete para luego ser utilizada Fuente: Coiled Tubing Technology A continuación, se procede al ensamblado de acuerdo a la longitud necesaria, por lo que las láminas se soldán transversalmente mediante el corte de las 2 uniones a 45° y con soldadura de arco denominada “al sesgo”, que dicha soldadura al formar el tubo quedará en forma helicoidal, obteniendo con esto un aumento en la resistencia a la tensión en la unión soldada. Ver Figura 2.7. 25 Figura 2.7. Soldadura transversal de lámina “al sesgo” a 45º Fuente: Coiled Tubing Technology Una vez soldada la lámina existe un exceso de soldadura que posteriormente es retirada con un esmeril. Figura 2.8. Remoción de exceso de soldadura retirada con un esmeril Fuente: Coiled Tubing Technology Retirado el exceso de soldadura se efectúa una inspección y se verifican ciertas medidas que debe tener dicha lámina como se muestra en la Figura 2.9. 26 Figura 2.9. Control de calidad de la lámina mediante una inspección moderada Fuente: Coiled Tubing Technology Finalizado todos estos procesos la lámina es enrollada en un carrete para ser almacenada. Ver Figura 2.10. Figura 2.10. Enrollado de la lámina para su almacenamiento Fuente: Coiled Tubing Technology 2.2.2.4. Proceso de Fresado de la Sarta La lámina es desenrollada y enviada a través de un conjunto de seis roles para ir formando la sarta de Tubería flexible (tubo) 27 Figura 2.11. Conformación de la tubería para conformar la Tubería Flexible Fuente: Coiled Tubing Technology Los roles proporcionan la forma al tubo y a su vez une ambos lados de la lámina longitudinalmente soldándolos mediante una bobina de alta frecuencia que produce una temperatura de fundición. Ver Figura 2.12. Figura 2.12. Unión de la lámina para conformar el tubo Fuente: Coiled Tubing Technology 28 Formado el tubo pasa por un horno, el cual cuenta con una temperatura aproximadamente de 1600°C, con la finalidad de dar tratamiento térmico al cuerpo del tubo. Ver Figura 2.13. Figura 2.13. Tratamiento térmico en horno a 1600ºC Fuente: Coiled Tubing Technology El proceso final de soldadura deja una “rebaba” en la tubería, el cual es removido como se muestra en la siguiente figura: Figura 2.14. Proceso de remoción de rebaba en la tubería Fuente: Coiled Tubing Technology Posteriormente, el tubo es enfriado con aire y agua, con el objetivo de efectuar una inspección de la soldadura y volverla a pasar a otra área de roles para darle nuevamente el diámetro deseado de acuerdo a las especificaciones. Ver Figura 2.15. 29 Figura 2.15. Inspección de la soldadura realizada en la tubería Fuente: Coiled Tubing Technology Finalmente, se aplica a todo el tubo el tratamiento térmico nuevamente, que consta de una temperatura de 1000°C para elevar los esfuerzos como resultado de su fabricación y orientar su estructura molecular para adquirir la dureza uniforme y propiedades físicas predecibles, como se muestra en la siguiente figura: Figura 2.16. Tratamiento térmico final a 1000ºC Fuente: Coiled Tubing Technology 30 Por último, la línea se enrolla en carretes de madera y se traslada al área de pruebas hidrostática, en el cual se inyecta agua por el interior de la tubería, hasta una presión equivalente al 80% del valor de cedencia interno durante un tiempo de 30 minutos. Si no hay fugas, la tubería se prepara para su limpieza desalojando el agua y llenando el interior del tubo con nitrógeno para evitar la corrosión. Ver Figura 2.17. Figura 2.17. Prueba hidrostática para verificar el estado de la tubería Fuente: Coiled Tubing Technology 31 CAPITULO III ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LA PERFORACIÓN CON TUBERIA FLEXIBLE 3.1. INTRODUCCIÓN La tubería Flexible para perforación ha sido utilizada comercialmente por varios años y puede suministrar beneficios económicos significativos cuando se utiliza en las condiciones de campo apropiadas. Además de las ventajas de costos, la puede suministrar los siguientes beneficios adicionales: ➢ Eliminar las conexiones de la tubería. ➢ El ruido del equipo es mínimo. ➢ El manejo de los fluidos es a través de un circuito cerrado. ➢ La circulación continua reduce problemas de pegaduras. ➢ En la perforación bajo balance hay una mayor seguridad. ➢ Costos menores en la movilización e instalación de equipo. En general, la perforación de pozos puede dividirse en dos categorías principales, en pozos direccionales y no direccionales. Los pozos no direccionales utilizan un conjunto de perforación bastante convencional en combinación con un motor de fondo de pozo. La perforación direccional requiere el uso de dispositivos de orientación para dirigir la trayectoria del pozo, según el plan programado. Puede segmentarse además en utilización en perforación sobre balanceada y sub balanceada. El diseño y selección de las barrenas sigue la misma teoría que se utiliza en la perforación rotatoria convencional. Sin embargo, generalmente utiliza velocidades en la barrena más altas y un menor peso sobre la broca como resultado de las diferencias estructurales entre un equipo convencional vs Tubería Flexible. 3.2. POZOS NO DIRECCIONALES Los pozos no direccionales están definidos como cualquier pozo en el cual la dirección, inclinación y/o acimut no es controlada por medio de herramientas de fondo del agujero. Esta definición no implica que la trayectoria del pozo carezca de 32 cualquier inclinación y/o acimut, pero las herramientas requeridas para controlar estos parámetros no están en uso. Muchos pozos no direccionales han sido perforados con tubería flexible, lo cual representa la mayor aplicación de perforación para la tubería flexible. Lamayoría de este trabajo fue completado en Canadá en el mercado de gas superficial. Estos pozos fueron perforados desde la superficie, o justo bajo la tubería superficial de revestimiento, en una técnica de perforación relativamente convencional con el uso de un motor de fondo. Al determinar la viabilidad, deberían de usarse una consideración cuidadosa para definir el alcance de trabajo. La gran mayoría de la profundidad perforada con tubería flexible ha sido con dimensiones de agujero menores a 7 pl., pero las dimensiones de agujero arriba de 13-¼ pl. han sido exitosamente perforadas. Las principales ventajas de la perforación con tubería flexible trajeron a los pozos no direccionales son la velocidad en el armado y desarmado del equipo y una velocidad constante de perforación. Usar lastra barrenas en pozos con ángulos bajos para controlar la estructura arriba de la inclinación y aplicar el peso en la barrena (WOB). El número de lastra barrenas dependerá de la facilidad de perforar la formación y de la combinación motor/barrena, pero el número oscila entre 2 y 10 lastra barrenas. La típica conexión de fondo (BHA) usada en la perforación de pozos no direccionales consiste en lo siguiente: Figura 3.1. a, b. Conector de tubería flexible, c. válvula check, d. junta desprendible, e. lastra barrenas, f. herramientas de levantamiento, g. motor, h. barrena. Fuente: Coiled Tubing Engineering Manual - Schlumberger 33 3.3. POZOS DIRECCIONALES La perforación direccional está definida como cualquier pozo en el cual el azimut y/o inclinación es controlada por el uso de herramientas de fondo para obtener una ruta programada del pozo. Este tipo de pozo emplea un mecanismo de orientación en la conexión de fondo del agujero (BHA) para controlar la trayectoria de pozo. La complejidad de estos pozos es mayor debido a la conexión de fondo del agujero (BHA) y a los requerimientos de perforación. Usualmente la velocidad de penetración está comprometida por el requerimiento para mantener el control direccional y las dificultades para transferir el peso a la barrena. Muchas de estas aplicaciones de perforación son ejecutadas en pozos existentes para obtener nuevos objetivos en los yacimientos. Estos pozos pueden ser nuevos, extensiones, desviaciones del agujero a través de terminaciones existentes o desviaciones donde las terminaciones son reparadas. La perforación direccional es muy sensible al diámetro interno del agujero existente y la dimensión del agujero. Mientras que la dimensión aumenta, el peso transferido disminuye y las condiciones de la velocidad de flujo aumentan. Estos pozos también son limitados por las herramientas de fondo, las cuales tienen más probabilidad de ser herramientas de orientación. Cuando se requieren fluidos multifásicos, son asignados unos requisitos adicionales en la conexión de fondo del agujero (BHA). Los fluidos multifásicos niegan el uso del pulso telemétrico en el lodo para la transmisión de datos por las herramientas de fondo del agujero y el uso de fluido impulsado por las herramientas de orientación. Estos fluidos de control, energía y transmisión de datos de la conexión de fondo del agujero (BHA) es conducida por líneas eléctricas y/o hidráulicas. Como el porcentaje de fluido líquido disminuye, los efectos de la humedad de los fluidos también disminuyen hasta un punto donde resultarán las fallas en la conexión de fondo del agujero (BHA). El típico ensamble de fondo del agujero está organizado de la siguiente manera: 34 Figura 3.2. a. Conector de tubería flexible, b. CV, c. desconector, d, e. paquete de dirección e inclinación, f. herramienta de orientación, g. motor de fondo, h. barrena de perforación Fuente: Coiled Tubing Engineering Manual - Schlumberger Las operaciones económicas de perforación dependen en muchos factores para generalizar una comparación entre perforar con tubería flexible y los métodos convencionales. Sin embargo, una vez que un pozo específico o proyecto está definido, el proyectista puede desarrollar un costo estimado por cada tecnología de perforación y realizar una comparación significativa. Las evaluaciones técnicas son más fáciles de generalizar, porque un simulador de tubería flexible puede evaluar los efectos de diferentes condiciones en una operación propuesta de perforación con tubería flexible. 3.4. CONEXIÓN DE FONDO Puesto que cada perfil del pozo tiene su propio objetivo, planear un proyecto direccional con tubería flexible, antes del comienzo de una operación actual, es probablemente el factor más importante del proyecto. Esta etapa ayudará a asegurar que todos los objetivos son reunidos con las herramientas apropiadas. En conjunto, la perforación direccional es básicamente perforar un agujero de un punto a otro en espacio, de tal manera que el agujero puede ser terminado y usado para su propósito destinado. Durante esta fase la limitación de la conexión de fondo y la facilidad de perforar la formación deben de considerarse objetivos viables que pueden ser obtenidos. 35 Una conexión de fondo en la perforación direccional para perforar con tubería flexible, incluye los siguientes: 1. Conector de la tubería flexible – tipo de cuña o el tipo de hoyuelo 2. Desconexiones de emergencia – eléctrica, hidráulica o mecánica 3. Herramienta de orientación para rotar la inclinación subalterna en la dirección deseada 4. Herramienta de dirección 5. Motor con una inclinación subalterna 6. Barrena La herramienta de dirección mide la inclinación, acimut. La inclinación y el acimut determinan la posición actual de la conexión de fondo (BHA) y la herramienta que encara la orientación indica la dirección a la que apunta la inclinación subalterna. En la configuración anterior, la herramienta de dirección está debajo de la herramienta de orientación para que la herramienta de dirección pueda medir la orientación de la inclinación subalterna. En algunos casos (con herramientas de dirección eléctricas), la herramienta de dirección se localiza sobre la herramienta de orientación para evitar introducir conductores eléctricos a través de una herramienta rotatoria. En este caso, la clavija mecánica rotatoria transmite la orientación de componentes debajo de la herramienta de orientación a la herramienta de dirección. Algunas de las primeras conexiones de fondo para la perforación con tubería flexible incluyeron un propulsor para incrementar el peso de la barrena y con ello perforar o aplicar una fuerza axial más estable para moler. Sin embargo, Estas herramientas no son comúnmente usadas hoy en día para la perforación con tubería flexible. El ensamblaje de fondo es el conjunto de herramientas que están conectadas a la tubería flexible y que permiten la realización de intervención o servicios a pozos o el control de los mismos si ocurriese algún inconveniente durante el proceso. A continuación, se describirán en forma detallada cada una de las herramientas que conforman el BHA: 36 3.4.1. Conector de Tubería Flexible Es una herramienta que va en el extremo final de la tubería flexible y proporciona medios para unir el BHA al extremo final del Coiled Tubing en operaciones que envuelven el uso de motores de fondo y ensamblajes de pesca. Una variedad completa de tamaños está disponible desde 1 pulgada hasta 3 ½ pulgadas y diseños según su aplicación. 3.4.2. Válvulas Dobles de Contrapresión Es una herramienta tipo cartucho que es enroscada debajo del conector de tubería flexible. El diseño de la válvula incluye cartuchos de alta presión que prohíben que los fluidos del pozo retornen por la tubería flexible. Ambas válvulas check operan en serie para asegurar un sello positivo en todas las condiciones del fondo del pozo. Es de tipo flapper (paletas) y permite lanzar balines. 3.4.3. Desconector Hidráulico Esta herramienta
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